Способ определения структурных характеристик пористого металлического электрода Советский патент 1982 года по МПК G01N27/42 

() СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОДА

I

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к химическим источникам тока и гальваническим процессам, в части определения структурных характеристик пористых элeктpoдpBJ KQторые находят широкое применение в аккумуляторах со спеченными электродами, топливных элементах и электролизерах.

Известен способ определения структурных характеристик пористого электрода, основанный на определении зависимости жидкостной пористости исследуемого электрода от жидкостной пористости эталона с известной структурой пор 1.

Недостатком указанного способа является необходимость использования при измерениях сложной аппаратуры. Кроме того, измерения проводятся не в реальных условиях работы пористого электрода и приводят к разрушению исследуемого образца.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрохимический способ, заключающийся в поляризации электрода и определении зависимости суммарного сечения пор электрода от количества электричества, идущего на изменение состояния границы раздела электрод-электролит при изменении потенциала, наложенного на пористый

10 электрод, по закону треугольника f 2.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет определить только один структурный параметр пористость электрода.

15

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем увеличения количества определяемых характеристик пористых электродов, а именно определение удельXной поверхности, пористости, размера преобладающих пор.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения структурных характеристик порис того металлического электрода путем его поляризации и определения колимества электричества с последукяцим математическим расчетом искомой характеристики поляризацию Проводят импульсами прямоугольной формы с амплитудой 0,05-0,25 В и длительное тью не менее 0,01 с в растворе соли целочного металла с концентрацией 0,1-10 н. В этих условиях удельная поверхность пористого электрода (SVA) определяется по формуле . я Ьуд -удельная поверхность пористого электрода в расче те на единицу объема; -количество электричества, сообщаемое электроду при изменении его потенциала на величину , -емкость двойного электрического слоя гладкого эле трода в расчете на единиц истинной поверхности, определяемая классическим методами, -полная емкость двойного электрического слоя порис того электрода, -объем электрода. Пористые металлические электроды получаемые спеканием исходных порош ков, относятся к монодиспе0сным телам. Поэтому к ним применимо уравне ние, связывающее удельную поверхнос и пористость, где V - пористость электрода, г - радиус 1 преобладающих пор. Если радиус преобладающих пор не изменяется, то справедливо.соотноше ние; C6nst, 1 где А - постоянная, определяющаяся радиусом преобладающих пор Исходя из-равенства (3), определ ется пористость электрода. Величина А рассчитывается предварительно при измерении емкости двойного элек рического слоя пористого, электрода с известной пористостью. Радиус преобладающих пор пористого электрода определяется мз уравнения (2), так как удельная поверхность (Sjix) и пористость (v) измерены независимо по уравнению (1) и (3) Пример, Измерение удельной 1оверхности, пористости и радиуса преобладающих пор проводят на пористых электродах из никеля, изготов ленных спеканием порошка карбонильного никеля, в трехэлектродной ячейке в 0,1-1,0 н,растворе сульфата калия. В качестве электрода сравнения используют;ртутно-сульфатный электрод в том же растворе для устранения диффузионного потенциала. Измерение емкости двойного слоя пористого электрода проводиться в импульсном потенциостатическом режиме. На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 - схема задания импульсов потенциала прямоугольной формы; на фиг. 3 - зависимость тока заряжения двойного электрического слоя пористого никелевого электрода (а) и количества электричества ((Г) во времени. Схема установки (фиг.1) содержит генератор прямоугольных импульсов 1, потенциостат 2, электрохимическую ячейку 3, двухлучевой осциллограф kf интегрирующее устройство 5. Амплитуда импульсов ДЧ составляет 100 мВ, длительность импульса t 1 с. Расчет емкости двойного электрического слоя проводят по формуле C - LM, 4 (f-AV где К - коэффициент интегрирующего устройстваJ . ftU - падение напряжения на выходе интегрирующего устройства; . О - геометрическая поверхность пористого электрода, ДЦ - амплитуда прямоугольных импульсов потенциала, поляризующих электрод. Определение структурных характеристик пористых металлических электродов - удельной поверхности, пористости и преобладающего размера пор. производят в соответствии с формула ми (1), (2), (3) и (1). Одновременно для контроля на этих же .пористых металлических элек родах проводят исследования структу ных характеристик методом эталонной контактной порометрии. Результаты измерений сведены в таблицу. Из представленных в таблице данных следует, что полученные результаты находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными, полученными по методу контактной эталонной порометрии. Экспериментально установлено, что концентрация электролита, приго товленного в виде раствора хлорида калия, сульфата калия, нитрата кали или аналогичных солей натрия в исследуемом интервале 0,1-10 н.раство ров не влияет на величину емкости двойного электрического слоя - С, При этом возможные искажения (диффузионнЫй потенциал) устраняются применением электрода сравнения в том же растворе электролита. Поэтому для измерений могут применяться как разбавленные (0,1 н.), так и концентрированные (10 н.) растворы электролита. Выбранный интервал амплитуд поляризующих импульсов прямоугольной формы определяется с одной стороны разрешающей способностью аппаратуры применяемой нами при измерениях, а с другой стороны электрохимическими особенностями электрода, которые за ключаются в том, что емкость двойно го электрического слоя зависит от потенциала электрода.

95 92 90

95 95 85

93 79 66

200

200 200 230 220

270 Установлено, что интервал поляризующих импульсов должен находиться в пределах 0,05-0,25 В. При поляризации импульсами потенциала с абсолютным значением амплитуды менее 0,05 В разрешающая способность аппаратуры не позволяет с достаточной точностью определить емкость двойного электрического слоя пористого электрода - С. Лревышение значения амплитуды 0,25 В также понижает точность измерения емкости С вследствие искажений, вносимых электрохимическими особенностями поведения электрода. Выбранный интервал длительности поляризующих импульсрв потенциала определяется структурой пор, удельной поверхностью и его пористостью. Длительность импульсов должна быть достаточной для осуществления полного заряжения двойного электрического слоя электрода. Полному заряжению соответствует время, в течение которого происходит изменение потенциала электрода до момента его стабилизации (фиг.З ). Экспериментально установлено, что для пористых электродов длительность импульсов потенциала прямоугольной формы с абсолютным значением амплитуды 0,05-0,25 В не должна выходить за пределы 0,01-10 с. Регистрация длительности импульсов потенциала со значением менее 0,01 с требует сложной электронной аппаратуры. Предложенный способ предназначен для определения параметров металлокерамических и порометаллических электродов химических источников тока на стадии их изготовления для разбраковки по структурным параметрам.

Формула изобретения

Способ определения структурных характеристик пористого металлического электрода путем его поляризации и определения количества электричест ва с последующим математическим рас.четом,параметров, о т ли чающийся тем, что, с расширения -функциональных возможностей способа путем увеличения количества определяемых характеристик, поляризацию проводят

а

К

&

импульсами пря моугольной формы с амплитудой 0,05-0,25 В и длительностью не менее 0,01 с в растворе соли щелочного металла с концентрацией 0,1-10 н.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фи1.1