Способ определения числа переносаиОНОВ КиСлОРОдА Советский патент 1981 года по МПК G01N27/46 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА ПЕРЕНОСА ИОНОВ КИСЛОРОДА

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области исследования и определения чисел переноса ионов кислорода в твердых электролитах, исследования их зависимости от температуры и определения ионной составляющей тока в твердых электролитах с катионной проводимостью, в которых на аноде при электролизе выделяется эквивалентное количество кислорода. Такое исследование материалов имеет большое значение для решения проблемы топливных элементов, при использовании их в электротехнике, для физико-химических анализов, при разработке ряда технологических процессов, а также для теоретических разработок.

Известно устройство и способ для определения содержания кислорода путем измерений токов и напряжений в твердоэлектролитной ячейке. Устройство снабжено второй ячейкой для поддержания равенства кислорода на обоих сторонах основной ячейки I.

Однако этот способ не дает возможности определять с достаточной точностью число переносов ионов кислорода в твердых электролитах.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения числа переноса ионов кислорода, в твердом электролите, заключаюш,ийся в перекачке кислорода электролизом через исследуемый образец, соединенный одной стороной с герметизированной емкостью, измерении параметров процесса перекачки, по которым находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца 2.

Недостатком этого способа является низкая чувствительность и точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности определения числа переноса ионов. кислорода в твердом электролите.

Эта цель достигается за счет того, что в способе определения числа переноса ионов кислорода в твердом электролите, заключающемся в перекачке кислорода электролизом через исследуемый образец, соединенный одной стороной с герметизированной емкостью, измерении параметров процесса перекачки, по которым находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца, изменение давления в емкости при электролизе компенсируют кислородным насосомпутем регулировки тока через твердый электролит этого насоса, после достижения компенсации измеряют токи через исследуемый образец и твердый электролит насоса, по которым с учетом числа переноса твердого электролита насоса находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца. На чертеже изображено устройство для реализации способа. Устройство содержит керамические трубы Л и 2, причем труба 1 является кислородным насосом, а труба 2 - герметизированной емкостью. Платиновые электроды 3 и 4 установлены соответственно йа стандартном образце 5 р известным числом переноса ионов кислорода, и на исследуемом образце б, соединено одной стороной с емкостью 2. Образцы помещены в трубчатую печь 7 с терморегулятором. К электродам 3 и 4 подсоединены токопроводы 8 и 9, соединяющие электроды с источником постоянного тока 10 и 11, а также с измерителями 12 и 13 силы тока. Кислородный насос и емкость 2 герметизированы уплотнителями 14 и 15. Кислородный насос соединен с емкостью 2 трубопроводом 16, к которому через трехходовой кран 17 подсоединен инди-. катор 18 градиента давления. Трубы 1 и 2 установлены на подставках 19 и 20. Способ заключается в следующем. Стандартный и. исследуемый образцы, находящиеся в середине печи 7, нагреваются до одинаковой требуемой температуры. С помощью трехходового крана 17 в герметическом пространстве установки устанавливается давление газа, равное атмосферному, поворотом крана прерывается связь камер с атмосферой и сразу же фиксируется положение мениска жидкости в узкой трубке индикатора 18. Подают постоянное напряжение на электроды стандартного образца 3 от выпрямителя 10, а на электроды исследуемого образца напряжение противоположной полярности от выпрямителя 11 подается такое, чтобы ионные (кислородные) токи в обеих электролитических ячейках сравнялись. Поскольку на одном образце (например,стандартном) анод расположен внутри трубы, а на другом (исследуемом) в это время он расположен вне трубы, то при равенстве кислородных токов прибыль кислорода в герметическое пространство через один (стандартный) образец, равного количеству кислорода, выходящего из герметического пространства через другой образец (исследуемый) и мениск индикатора градиента давления будет находиться неподвижно в положении, соответствующем достигнутому состоянию равновесия ионных токов. В электролитической ячейке, содержащей стандартный образец 5, сила ионного тока равна 1 Iini, где Ь - сила тока, показываемая прибором 12, который может быть микроамперметром или миллиамперметром; П| - известное число переноса ионов кислорода в стандартном образце. При уравнении токов ионов кислорода такова же по величине сила ионного тока 1с будет и в исследуемом образце. Прибор 13 покажет общую силу тока 1г, протекающего через исследуемый образец. Отсюда число переноса ионов кислорода в исследуемом образце определяется по уравнению Если П| 1, то Пг -|. Таким образом, при определении чисел переноса по данному способу нет необходимости измерять фактическую величину атмосферного давления и объем выделивщегося кислорода, а также количество пропущенного электричества при электролизе. Объем герметизированного пространства сохраняется неизменным от начала до конца осуществления способа определения чисел переноса. Толщина и проводящая площадь исследуемого образца может отличаться от соответствующих размеров стандартного образца, что не влияет на результаты измерения. Данный способ повысит эффективность исследований в прикладных и научных целях при использовании его в научных и заводских лабораториях, проводящих исследования материалов с кислородной электропроводностью или с катионной, сопровождающейся выделением кислорода на аноде в эквивалентных количествах. Использование способа позволит рассчитывать числа переноса Кислорода при рещении ряда проблем топливных, элементов, для изыскания материалов для измерительных приборов, служащих для определения малых концентраций кислорода в га;зовых смесях, для исследования дефектов в анионной рещетке керамических материалов и для рещения технологических проблем. Формула изобретения Способ определения числа переноса ионов кислорода в твердом электролите, заключающийся в перекачке кислорода электролизом через исследуемый образец, соединенный одной стороной с герметизированной емкостью, измерении параметров процесса перекачки, по которым находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности определения, изменение давления в емкости при электролизе компенсируют кислородным насосом путем регулировки тока через твердый электролит этого насоса, после достижения компенсации измеряют токи через исследуемый образец и твердый электролит насоса, по которым с уче;гом числа переноса твердого электролита насоса находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство по заявке № 2629388/18-25, кл. G 01 N 27/46, 16.06.78.

8

,

/2 -9