Способ изготовления трехэлектродной электрохимической ячейки Советский патент 1985 года по МПК H01G9/22 G01N27/26 

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к способу изготовления электрохимических ячеек с твердым электролитом для поляризационных исследований, и может быть использовано в приборостроении, измерительной технике и других областях народного хозяйства.

Известен способ изготовления электрохимической ячейки на твердом/серебросодержашем электролите, заключающийся в одновременном прессовании рабочего и вспомогательного электродов, разделенных набором компонент электролита. Прессование проводится при определенных условиях. При использовании данной ячейки вся сборка остается в подпрессованном состоянии 1.

На ячейках, изготовленных по данному способу, возможно проводить исследования методом вольт-амперных характеристик и измерением проводимости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления трехэлектродной ячейки, заключающийся в совместном формировании слоя твердого серебросодержащего электролита и электрода сравнения, расположенного в середине слоя твердого электролита, при этом в качестве материала электрода сравнения выбирают металл, обратимый по ионам проводимости электролита. С обеих сторон твердого электролита устанавливают рабочий и вспомогательный электроды а всюсборку подпрессовывают для создания надежного контакта между электродами и слоем твердого,электролита 2.

Данный способ изготовления электрохимических ячеек пригоден для электролитов изготавливаемых при температурах, меньших температуры плавления материала электрода сравнения. При изготовлении твердого керамиче,ского электролита данный способ использоваться не может, так как температура спекания керамического электролита более 1700°С. Большинство металлов, пригодных для изготовления электродов сравнения, при этой температуре разрушаются. Указанные недостатки особенно характерны для электролитов с проводимостью по ионам натрия.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения поляризационных измерений с использованием кера.мических электролитов с проводимостью по ионам натрия.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления трехэлектродной электрохимической ячейки, заключающему в формировании слоя твердого электролита, установке рабочего и вспомогательного электродов с обоих торцов слоя твердого электролита с последующим сжатием всей сборки, устанавливают электрод сравнения

снаружи на боковой поверхности слоя твердого электролита, после чего проводят электрохимическое осаждение натрия, поляризуя анодно вспомогательный электрод и катодно - электрод сравнения, при этом в качестве материала вспомогательного электрода выбирают металлический натрий или амальгаму натрия, а в качестве материала электрода сравнения - один из следующих материалов: графит, платина, алюминий, медь или ртуть.

На фиг. 1 схематически представлена электрохимическая ячейка, изготовленная согласно предлагаемому способу; на фиг. 2 и 3 - поляризационные кривые, полученные

для конкретных примеров выполнения ячейки.

Способ осуществляется следующим образом.В электроизоляционный корпус 1, выпол ненный из полиметилметакрилата, фторопласта или кварца, размещают уплотнительную шайбу 2. Таблетка керамического электролита 3 поджата втулкой 4. С обоих торцов электролита 3 устанавливают вспомогательный 5 и рабочий 6 электроды. В боковое отверстие в корпусе 1 вводят стержень 7, являющийся токоотводом электрода сравнения. На торцовую поверхность стержня 7, соприкасающуюся с керамическим электролитом и являющуюся основанием электрода

0 сравнения, электрохимическим способом осаждают натрий, лропуская электрический ток между вспомогательным электродом и электродом сра1}: ения. При этом вспомогательный электрод поляризуют анодно, а электрод сравнения катодно. С противоположных сторон слоя электролита с помощью пуансонов 8 и 9, являющихся одновременно токовыводами, поджимают вспомогательный 5 и рабочий 6 электроды. Ячейка позволяет производить поляризационные измерения

0 при фиксированном давлении поджима различных составов керамических электролитов с проводимостью по ионам натрия, при этом в качестве материала подложки может быть применен один из следующих материалов: графит, платина, медь, алюминий, ртуть.

Результаты измерения поляризационных кривых, полученных при исследовании ячеек согласно приведенным примерам, представлены на фиг. 2 и 3.

Пример 1. Электрохимическая ячейка

0 изготовлена в атмосфере аргона. Таблетка твердого керамического электролита проводящего по ионам натрия состава ХМ О5А1аОз, приклеена к корпусу ячейки, выполненному из фторопласта для герметизации катодного и анодного пространства

5 путем заливки компаундом ЭФ-20.

Анодное пространство заполнено металлическим натрием, катодное - йодным комплексом фенотинзана.

В боковое отверстие корпуса введена платиновая проволока и приведс::а j контакт с боковой поверхностью таблетки твердого электролита. При катодной поляризации платины в потенциостатическом режиме С использованием в качестве анода электрод натрий, имеющий общий ион с основным ионом проводимости, осажден на платиновую подложку. На фиг. 2 (кривая 2) представлена потенциодинамическая поляризационная кривая, полученная на данной ячейке с использованием потенциостата П-5827 и электронного самописца для регистрации КСП-4.

Пример 2. Электрохимическая ячейка изготовлена аналогично ячейке по примеру 1

Таблетка твердого электролита проводящего по ионам натрия состава NajO-1 lAlgOs прикреплена в средней части к корпусу ячейки, выполненному из кварца, а герметизация катодного и анодного пространств осуществлена с помощью уплотнительной щайбы, выполненной из фторопласта.

Анодное пространство заполнено амальгамой натрия, катодное.- иодом. В боковое отверстие цилиндра введена алюминиевая проволока до контакта с боковой поверхностью твердого электролита. При катодной поляризации в гальваностатическом режиме с использованием амальгамы натрия в качестве анода получен натрий-сплав, который выполняет функции электрода сравнения. На фиг. 2 (кривая 1) представлена потенциодинамическая поляризационная кривая, полученная с использованием данной ячейки.

Пример 3. Электрохимическая ячейка изготовлена аналогично ячейке по примеру 1.

Таблетка твердого электролита проводящего по ионам натрия состава NagO-ToO X X 11 AUOj приклеена в средней части корпуса ячейки из полиметилметакрилата для герметизации катодного и анодного пространства путем заливки компаундом К-300.

Анодное пространство заполнено амальгамой натрия, катодное - йодным комплексом бензофульвалена. При катодной поляризации графита, который введен в боковое отверстие корпуса ячейки при помощи связующего, в потенциостатическом режиме с использованием в качестве анода амальгамы натрия осажден натрий на графит. На фиг. 2 (кривая 3) представлена потенциодинамическая поляризационная кривая, полученная с использованием данной ячейки.

Пример 4. Электрохимическ1ая ячейка изготовлена аналогично ячейке по примеру 1 Таблетка твердого керамического электролита состава NajOMgOSAl Oj приклеена в средней части корпуса ячейки, который выполнен из полиметилметакрилата, а герметизация катодного и анодного пространств осуществлена с помощью уплотнительной щайбы, выполненной из текстолита.

Анодное пространство заполнено металлическим натрием, катодное - комплексом дибензотетратиофульвалена.

В боковое отверстие корпуса ячейки введена медная проволока. При катодной поляризации на медь осажден натрий в потенциостатическом режиме с использованием металлического натрия из анодного пространства в качестве анода. На фиг. 3 представлены поляризационные кривые с использованием данной ячейки.

Аналогично ведут себя при использовании в качестве подложки для электрода сравнения материалы из молибдена, титана, висмута, ртути.

Таким образом, согласно предлагаемому способу возможно изготовление ячеек, обеспечивающих проведение поляризационных измерений электродов на границе с твердыми керамическими электролитами в электрохимических системах, которые могут быть положены в основу создания электрохимических преобразователей информации: датчиков давления, ускорения, электрохромных индикаторов, интеграторов, а также преоб-разователей энергии. Результаты, полученные при использовании данной электрохимической ячейки, дают возможность определять рабочий диапазон функционирования приборов, может быть проведена также оптимизация регистрируемых параметров тока, напряжения, сопротивления, быстродействия и т. д.

Использование ячеек, изготовленных по предлагаемому способу, сокращает количество образцов и вариантов определения основных приборных характеристик, позволяет выбрать оптимальную конструкцию и прогнозировать электрические характеристики в щироком температурном диапазоне. Известно, что твердые керамические электролиты широко рекламируются для разработки приборов на электрохимическом принципе.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ, заключающийся в формировании слоя твердого электролита, установке рабочего и вспомогательного электродов .,. ;; ,.:::. и / -- / (Риг. 7 с обоих торцов слоя твердого электролита с последующим сжатием всей сборки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможиостей за счет обеспечения возможности, поляризационных измерений с использованием керамических электролитов с проводимостью по ионам натрия, устанавливают электрод сравнения снаружи на боковой поверхности слоя твердого электролита, после чего проводят электрохимическое осаждение натрия, поляризуя анодно вспомогательный электрод и катодно - электрод сравнения, при этом в качестве материала вспомогательного электрода выбирают либо металлический натрий либо амальгаму натрия, а в качестве материала электрода сравнения - один из следующих материалов: графит, платина, алюминий, медь или ртуть.