Структурные и электрохимические характеристики пористых кадмиевых электродов

• Автор: Казьмин, Валерий Вячеславович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 137 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОРИСТЫХ ТЕЛ

1.1. Структура пористых сред и основные ее параметры

1.2. Методы определения интегральных параметров структуры

1.2.1. Определение пористости

1.2.2. Определение удельной поверхности

1.3. Методы исследования характера пористой структуры тел

1.3.1. Прямые методы

1.3.2. Косвенные методы

1.3.3. Методы эталонной порометрии

Глава II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Объекты исследования
2.2. Методика получения электродов в сухозаряженном состоянии
2.3. Методика исследования пористой структуры электродов
2.3.1. Методика определения общей пористости электродов
2.3.2. Методика определения удельной поверхности электродов
2.3.3. Методика измерений методом контактной эталонной порометрии
2.3.4. Методика учета осыпания активной массы
2.4. Методика электрохимических исследований.
2.4.1. Методика гальваностатических измерений
2.4.2. Методика измерений методом сборного электрода Глава III. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ
КАДМИЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
3.1. Пористая структура заряженных кадмиевых элекгродов
различных технологий изготовления
3.2. Изменение пористой структуры кадмиевых электродов в процессе их формировки и эксплуатации
3.2.1. Структурные характеристики электродов в сформированном, заряженном и разряженном состояниях
3.2.2. Изменение структуры пор в процессе заряда и разряда электродов
3.2.3. Влияние плотности тока и температуры разряда на характер изменения пористой структуры
3.2.4. Изменение пористой структуры кадмиевых электродов при хранении их в заряженном состоянии
Глава IV. ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ СТРУКТУРНЫМИ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПОРИСТЫХ КАДМИЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ.
4.1. Исследование эффективности работы электродов и распределения элекгрохимического процесса по их толщине методом сборного злекрода
4.1.1. Влияние толщины сборного электрода на распределение электрохимического процесса
4.1.2. Влияние величины тока разряда.
4.1.3. Влияние структуры пор кадмиевых электродов
4.2. Влияние пористой структуры на разрядные характеристики кадмиевого электрода
4.2.1. Связь между начальной пористостью и разрядными параметрами электродов
4.2.2. Зависимость разрядной емкости от величины удельной поверхности
4.2.3. Влияние размера пор
Глава V. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СТРУКТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАДМИЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
5.1. Влияние давления прессования и толщины электродов на их структурные и разрядные характеристики
5.2. Влияние типа матрицы и способа ее заполнения на параметры порометаллического кадмиевого электрода
5.2.1. Сравнение характеристик электродов с шликерной и электрохимической основой
5.1.2. Структу рные и разрядные характеристики электродов, полученных различным способом заполнения матрицы активным материалом
5.3. Исследование влияния состава активного материала на структурные и разрядные характеристики кадмиевых электродов.
5.3.1. Характеристики электродов, приготовленных на основе СсЮ и Сс1ОН
5.3.2. Влияние основных технологических и активирующих добавок.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Химические источники тока ХИТ являются важнейшими автономными источниками электрической энергии. Расширение сферы и условий их применения повысило требования предъявляемые к ХИТ. Это заставляет заниматься как поиском новых электрохимических систем, так и совершенствованием традиционных ХИТ.
Никелькадмиевые щелочные аккумуляторы в настоящее время широко применяются в технических устройствах различного назначения. Их отличает большой срок службы, возможность длительного циклирования и герметизации, надежность и простола эксплуатации. В ряде случаев, особенно при работе в жестких режимах эксплуатации большие токи, отрицательные температуры, разрядные характеристики никелькадмиевых аккумуляторов ограничиваются низкой электрохимической активностью кадмиевого электрода. Учитывая это, а также дефицитность кадмия, становится очевидным необходимость исследований, направленных на повышение эффективности работы кадмиевых электродов. Для решения данной задачи недостаточно иметь представление о механизмах анодного и катодного процессов, полученных на модельных электродах. Необходимо обладать подробной информацией о поведении промышленных электродов, имеющих развитую поровую структуру.
Пористые кадмиевые электроды являются сложными электрохимическими системами с распределенными параметрами. В отличие от более простых систем, имеющих инертную или мало меняющуюся матрицу и работающих в стационарном режиме электроды электролизеров, топливных элементов и т.д. пористая структура кадмиевых электродов образована активным материалом, который в процессе работы претерпевает значительные фазовые превращения. Это приводит к непрерывному изменению структурных и локальных поляризационных параметров электрода. Теоретическое
описание поведения таких динамичных многофакторных систем, работающих в нестационарном режиме, встречает значительные трудности. Определенные шаги в этом направлении отражены в работах . Однако, в них используется достаточно упрощенный подход и не учитываются многие факторы, реально влияющие на поведение аккумуляторного кадмиевого электрода, как, например, уточненный механизм пассивации. Учитывая, что теория пористого кадмиевого электрода находится в стадии разработки, возрастает значение экспериментального изучения взаимосвязи структурных и электрохимических характеристик пористых кадмиевых электродов.
Актуальность


Независимо от характера структуры в кадмиевом электроде наблюдается неравномерное распределение электрохимического процесса по толщине сильно зависящее от условий поляризации, толщины электродов и в меньшей степени от характера их пористой структуры. Показана возможность повышения удельной разрядной емкости промышленного металлокерамического электрода за счет снижения суммарного объема пор. Наиболее высокие разрядные характеристики наблюдались у электродов, имеющих полидисперсный сбалансированный тип сгруктуры с высокой долей мелких пор. Анализ влияния различных технологических факторов на структурные и электрохимические характеристики кадмиевых электродов позволил выработать критерии их отбора. Установлено, что основным технологическим фактором, определяющим формирование оптимальной пористой структуры кадмиевого электрода, является состав активного материала, введение активирующей добавки. Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПАРАМЕТРОВ ПОРИСТЫХ ТЕЛ. Структура пористых сред и основные ее параметры. Пористая структура является одним из основных физических свойств вещества. Пористостью обладают большинство как искусственных, так и природных объектов. Перечень пористых материалов и области их применения разнообразны. Это катализаторы, сорбенты, электроды, фильтры, керамика, ткани, строительные и другие материалы. Методический аспект физики пористого состояния приобрел актуальность в связи с расширением сферы применения пористых материалов, а также круга связанных с ними научных и практических задач. Изучение различных пористых объектов подтвердило, что структура порового пространства оказывает решающее влияние на такие функциональные свойства пористых тел как адсорбционная способность, диффузионная проницаемость, теплопроводность, звукопроводность, фильтрующие свойства, разрядные характеристики элекзродов. Знание параметров пористой структуры необходимо для анализа процессов массопереноса при капиллярной пропитке, сушке, растворении, выщелачивании, газофикации и т. Значительное влияние, оказываемое порами на свойства материалов, придает особую важность вопросам изучения пористой структуры, генезиса, механизма образования и поведения пор в твердых телах . Под пористой средой обычно понимается твердое тело с распределенным в нем достаточно большим количеством пустот, размеры которых много меньше характерных размеров тела ,. Эти пустоты называют порами независимо от того, какую форму они имеют. При этом возможны два подхода к определению понятия пористости. Здесь можно говорить о пористом состоянии вещества, так как для объектов, содержащих значительное число пустот, не всегда удается дать четкое определение индивидуально взятой поры. Для описания таких систем обычно применяют статистическую геометрию, стереологию, методы статистической физики, эмпирические методы с привлечением теории случайных функций. Другой подход к определению понятия пористости заключается в рассмотрении пор как трехмерных несовершенств дефектов структуры твердого тела наряду с обычными дефектами кристаллической решетки. С таких позиций удобно рассматривать низкопористые литые металлы и сплавы, большинство минеральных стекл и т. Для облегчения исследования морфологических характеристик, определяющих течение различных процессов в пористой среде, реальные пористые системы разделяют по механизму образования системы сложения и вычитания и по структурному признаку упорядочные и неупорядочные системы ,. При случайном, произвольном сложении достаточною числа элементов, собственной пористостью которых можно пренебречь, образуются системы сложения. Это ткани, бумага, электроды, мористая керамика, кристаллы цеолитов и т. Развитие структур вычитания может быть результатом топохимических превращений твердых веществ, пиролитического их разложения, растворения компонентов исходной системы и т. Примерами таких пористых сред могут служить обезвоженные гидроксиды металлов, активированные угли, пористые стекла, пористые мембраны. В ряде случаев пористые тела можно рассматривать как комбинацию систем сложения и вычитания.