Формирование катодов карбонатных топливных элементов из литированной окиси никеля и их электрохимическая активность

• Автор: Малеванный, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 156 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1.1. Исследования на полу погружен пых электрода.

1.1.1. Вольтам пери ые измерения

1.2. Исследования процессов окисления и литирования металлического никеля в эвтектическом расплаве карбонатов лития и калия

1.2 I. Химическое окисление

1.2.2 Электрохимическое окисление

1.3. Исследования межфазпых явлений методом взвешивания мениска

1.4. Исследование режимов технологического запуска ТЭКЭ

2.МЕЖФАЗНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

2.1. Межфазные явления в расплаве Ы2СО3 К2СО3 моль в окислительной атмосфере
2.1.1. Межфазные явления в карбонатных расплавах
2.2. Электрокапиллярпые явления на золотом электроде
2.2.1. Влияние состава газовой фазы на межфазиое равновесие
3. МЕХАНИЗМ ГЕНЕРАЦИИ ТОКА НА ПОЛУ ПОГРУЖЕННОМ ЭЛЕКТРОДЕ ИЗ ЛИТИРОВАННОЙ ОКИСИ НИКЕЛЯ
3.1. Полунагруженный газодиффузиоппый электрод
3.1.1. Кинетика и механизм генерации тока на трехфазной границе.
З Л.2.Исследование электровосстановления кислорода па полу погруженных электродах
3.2. Механизм генерации тока
3.2.1. Влияние температуры и состава газовой среды на диффузионный ток восстановления кислорода на полностью погруженном электроде
3.2.2. Влияние температуры и состава газовой среды на кинетику процесса генерации тока на трехфазной границе 4
3.2.3.Определение ширины зоны реакции электровосстановления кислорода и механизма генерации тока па полупогруженном электроде
4. ФОРМИРОВАНИЕ КАТОДА КАРБОНАТНОГО ТОПЛИВНОГО
ЭЛЕМЕНТА
4.1. Процессы, протекающие при формировании катода ТЭКЭ во время
технологического запуска
4.1 Л.Механизм окисления никеля в газовой фазе
4.1.2. Влияние различных примесей на скорость окисления никеля
4.1.3.Процессы окисления никеля в расплавленных карбонатах щелочных металлов 7
4.2. Окисление никеля в эвтектическом расплаве ЫКСОз
4.2.1. Экспериментальные данные
4.2.2. Обсуждение результатов
4.2.3. Влияние анодного тока па скорость процесса окисления никеля
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЗАПУСК БАТАРЕИ КАРБОНАТНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
5.1 Жарбонатпый топливн ый элемент
5.1.1. Процессы деградации катодов ТЭКЭ
5.1.2. Катодные материалы
5.1.3. Технологический запуск
5.2. Результаты испытании батареи ТЭКЭ
5.2.1.Традщионный технологический запуск батареи 1ЭКЭ
5.2.2. Технологический запуск батареи ТЭКЭ при наложении постоянного шока
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


После этого алундояую трубку, через которую осуществлялся барботаж газа, поднимали над расплавом, и рабочий электрод опускали до момента контакта его с электролитом. После установления равновесного потенциала на рабочем электроде снимали поляризационные кривые при различной глубине погружения электрода. Для определения скорости окисления никеля применяли метод измерения ЭДС во времени электрохимической системы С I Ап 1л2ССЬ К2СОзрасплавЫ2СОз К2СОзрасплав Аи С 21. Исследуемый электрод представлял собой пластину из золотой фольги, покрытую со всех сторон никелем известной толщины. Покрытия наносили электрохимическим способом из хлоридного электролита никелирования. Толщину покрытия определяли гравиметрическим методом из разности весов каждого электрода до покрытия и после. Толщина слоя никеля на золотой подложке исследуемого электрода варьировалась в пределах от 0, до 2,5 мкм. Готовый электрод закрепляли на золотом токоподводе и размещали в холодной зоне ячейки. После насыщения электролита исследуемой газовой смесыо рабочий электрод быстро погружали в тигель с расплавом. В7. Для увеличения входного сопротивления аппаратура подключалась через электрометрический усилитель У5 с входным сопротивлением Ю1 Ом. Момент насыщения электролита газовой смесыо определяли по достижению постояпьх значений потенциала погруженного в расплав индифферентного золотого электрода относительно стандартного кислородного электрода сравнения. Электрод сравнения представлял собой алундовую пробирку внутри которой размещалась погруженная в расплав эвтектика 1л2СОя К2СО, и непрерывно омываемая стандартной окислительной газовой смесью С 21 золотая проволока. Электрический контакт с расплавом в тигле осуществлялся за счет собственной микропористости алундовой пробирки. Тигель с расплавом электролита эвтектика 1. СОз К2СОД дня выравнивания температурного поля, помещался в блок из жаростойкой стали. Температуру в ячейке измеряли при помощи термопары ХА, размещенной в герметичном чехле. Ячейка герметизировалась резиновым уплотнением, охлаждаемым проточной водой, и устанавливалась в шахтную пеш сопротивления РЗОЗЗ. При помощи регулятора Протерм0 температура в ячейке во время опыта поддерживалась с точностью 0,5С. Для исследований применяли следующие газовые смеси с различным содержанием кислорода чистый С 21 С Аг. Последняя газовая смесь имитировала состав воздух С, который используется в качестве катодной газовой смеси в батареях ТЭКЭ. Состав СО2О2 21 является стандартной газовой смесыо, в которой соотношение реагентов обусловлено равновесием СО212О2 2 СО. Газовые смеси готовили в баллоне манометрическим способом. Перед подачей в ячейку газовой смеси ее перед каждым опытом тщательно перемешивали, для предотвращения расслоения. Все газовые смеси перед подачей в ячейку осушались путем барбатирования их через концентрированную серную кислозу и силикогель. Исследования проводили при температурах 0, 0, 0С. Данные температуры были выбраны исходя из того, что они находятся в области рабочих температур ТЭКЭ. Электрохимическое окисление никеля проводили в гальваностатических условиях. Плотность тока, при исследовании скорости окисления никеля в
условиях анодной поляризации, составляла 1 мАсм . В качестве рабочего электрода, как и в предыдущем случае, использовался никелевый электрод, нанесенный на золотую подложку. В качестве вспомогательного электрода использовалась золотая проволока. Измерения потенциала производили относительно стандартного кислородного электрода сравнения, описанного в предыдущем разделе. Для задания токовой нагрузки использовался потенциостат ПИ1. В качестве регистрирующих приборов использовали вольтметр В7 и двухкоординатный регистрирующий прибор. Окончание процесса окисления определяли по релаксационным хронопотенциограммам. Процесс окисления считали завершенным, если после очередного отключения тока изменение потенциала во времени совпадало с предыдущим. Исследования проводили при температуре 0С и в условиях стандартной окислительной атмосферы С0 21.