Разработка методов диагностики электрохимических систем с использованием импедансной спектроскопии

• Автор: Петренко, Елена Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Литературный обзор

1.1 Химические источники тока

1.2 Электрохимические преобразователи информации

1.3 Электролизеры.

1.4 Метод импедансной спектроскопии.

1.5 Приборы и способы определения характеристик электрохимических

систем методом импедансной спектроскопии

ГЛАВА 2. Методика измерений.

2.1 Аппаратура и программное обеспечение экспериментов

2.2 Экспериментальная часть.
2.2.1 Первичные литий тионилхлоридные химические источники тока
2.2.2 Электрохимические преобразователи информации
2.2.3 Катоды щелочного электролизера для получения водорода.
ГЛАВА 3. Обсуждение результатов импедансных исследований
3.1 Первичные литий тионилхлоридные химические источники тока
3.2. Электрохимические преобразователи информации.
3.3 Катоды щелочного электролизера для получения водорода.
ГЛАВА 4. Практическое применение методов неразрушающего контроля электрохимических систем с использованием импедансной спектроскопии.
4.1 Описание базовой модификации прибора
4.2 Переносной контрольный прибор для оценки состояния и прогнозирования дальнейшего поведения электрохимических датчиков колебаний, входящих в состав комплекса АНЧАР.
4.3 Прибор для контроля характеристик первичных литий тионилхлоридных химических источников тока.
5. Выводы
6. Литература
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Результаты работы представляют как научный, так и практический интерес для оценки состояния и прогнозирования дальнейшего поведения широкого круга электрохимических систем и устройств, в особенности при их эксплуатации в режиме автономного использования, когда подтверждение работоспособности системы в реальных условиях позволяет сэкономить огромные средства. В литературном обзоре описаны объекты исследования электрохимические системы, в основе которых лежит преобразование химической энергии в электрическую, механической в электрическую или электрической в химическую первичные химические источники тока, электрохимические преобразователи информации и электролизеры. А так же сделан анализ основных методов их исследования. Генерирование постоянного электрического тока в химическом источнике тока происходит в результате протекания на электродах электрохимических реакций. Электрохимически активные вещества могут находиться в зоне токообразующих реакций в различном физическом состоянии твердом, жидком, газообразном. Процесс перехода химической энергии в электрическую, или разряд источника тока, происходит при замыкании внешней электрической цепи на омическое сопротивление в результате одновременного протекания двух электродных реакций электроокислительной на аноде с освобождением, или генерированием, электронов и электровосстановительной на катоде с поглощением электронов. Химические источники тока ХИТ составляют одно из наиболее быстро развивающихся направлений прикладной электрохимии, тесно связанное с электротехникой 6. В качестве анода литий тионилхлоридных химических источников тока ЛХИТ используется металлический литий, а катод изготавливается из химически неактивного материала, например, из графита или стеклоуглерода. Отличительной особенностью ЛХИТ является применение жидких окислителей в апротонных растворителях. Применение апротонных растворителей в литиевых источниках тока обеспечивает высокую коррозионную стойкость лития. За счет высокого отрицательного потенциала литиевого электрода, ЛХИТ характеризуются достаточно большим напряжением разомкнутой цепи, значение которого составляет 3 4 В. Реальные энергетические преимущества источников тока с литиевыми анодами видны из следующего сопоставления если величина удельной энергии элемента одной из энергоемких, широко распространенных в практике ртутноцинковых систем составляет 0 Втчкг, а среди других традиционных систем серебряноцинковые и магнийхлорсеребряные не превышает 0 0 Втчкг, то у различных источников тока с литиевым анодом удельная энергия достигает значений 0 0 Втчкг. А среди перспективных разработок ЛХИТ может быть получена удельная энергия порядка Втчкг. Во избежание воздушной коррозии лития ЛХИТ должны быть герметичными, что усложняет их разработку и изготовление, но и дает некоторые преимущества при их эксплуатации, так как обеспечивает высокую сохранность 8. Под сроком службы ХИТ понимают суммарное время их работы и хранения. Установлено, что литийтиоиилхлоридные элементы надежно работают до лет и более 9,. При хранении элемента потеря емкости происходит за счет взаимодействия литиевого анода с электролитом. Элементы электрохимической системы литийтиопилхлорид обладают наиболее высокими эксплуатационными параметрами . Удельная энергия этих элементов достигает Втчдм3. Напряжение разомкнутой цепи составляет 3, В, рабочее напряжение 3,3 3,5 В в зависимости от конструкции и тока разряда. Элементы имеют стабильную вольтамперную характеристику. В качестве электролита в тиоиилхлоридных растворах используется соль 1лА1С1. БОСЬ с концентрацией 0. Поэтому саморазряд электрода практически не наблюдается даже при многолетнем контакте литиевого электрода с окислителем. Обладая достаточной проводимостью по ионам лития, защитная пленка не препятствует анодному растворению лития при значительных плотностях тока. С л 4ЛЛС1 2 Я 1. В процессе разряда и хранения в ЛХИТ протекают сложные электрохимические и химические процессы. Реакция электровосстановления тионилхлорида довольно сложна, поскольку это вещество восстанавливается, по крайней мере, но двухэлектронному механизму и образует несколько продуктов восстановления. Поэтому суммарная электродная реакция, протекающая при разряде элемента литийтионилхлорид, была установлена после разработки источников тока. О 1л4 С 1. Ы 0С 6ЫС1 0 С.