Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из приоритетных .задач коллоидной химии в области,энергетики является разработка коллоидно-химических способов получения материалов высокоэффективных химических источников тока. Среди них наибольший интерес,представляет высойотемпературный топливный элемент (ТЭ) с расплавленным карбонатным электролитом. Его несомненными преимуществами считают высокий.к.п.д., автономность работы, отсутствие экологических загрязнений, возможность повышения мощности и экономичносги энергоустановок на основе высокотемпературных ТЭ. Однако их широкое использование сдерживается вследствие малоэффективной работы уже имевшихся образцов. В связи с этим в настоящее время усилия исследователей направлены на'оптимизацию работы высокотемпературных ТЭ. Ключевым вопросом повышения эффективности ях ра-
':- 4 -
богы является создание порисг?/х топливных эле.-а'родов с малой поляризуемоегью и электролитной матрицы с оптимальннки характеристиками пористой структуры. Разработка таких нйтериа-лов, как известно, непосредственно связана с изучением механизма формирования дисперсных структур, а также с исслед- >а-нием закономерностей адсорбции рабочих газов на электродах. Однако имеющиеся в литературе сведения не позволяют сделать однозначных выводов о специфике формирования пористой структуры топливных электродов и электролитной матрицы, разработать метод их целенаправленного получения с заданными свойствами; практически отсутствуют данные об адеорбцяи водорода и диоксида углерода на этих материалах в области повоєнних температур, при которых эксплуатируется топливный элемент.
Целью работы является комплексное исследование влияния
условий получения топливкых-злектродов и электролитной маг-
рицы на характеристики-.кх пористой структуры и изучение за
кономерностей высокотемпературной адсорбции рабочих газов
на электродных материалах. В соответствии, о .этим решались
следущие задачи: ' ' ' . ' .
-
Исследование пористой структуры никелевых прессованных электродов в зависимости от размера частиц исходных по-роикообразных материалов, давления прессования, природы к количества добавляемого порообразовагеля.
-
Изучение мзхакизма шеокогемпзрагурной адсорбции водорода и диоксида углерода на'дисперсном никеле.
-
Исследование влияния сгрукгурно-сорбционных свойств электродов на их поляризационные характеристики. '
Ї. Рлорабогка метода получения порисїкя порошкообразных но-
~ 5 -
гериалов с развитой удельной поверхностью для электролит
ной матрицы.
5. Выявление оптимальных параметров пористой структуры топ-
дивного электрода и разработка метода его целенаправлен
ного получения с заданными свойствами.
Научная новизна. Показано, что при прессований порошко
образного никеля образуегся дисперсная структура о регулярной
упаковкой частиц. Размер пор такой структуры связан линейной
зависимостью с размером частиц никеля, изменяющимся в интерва
ле от 2 до II мхм,. Установлены зависимости между давлением
прессования, природой к количеством порооб^ .зовагеля и основ
ными параметрами пористой структуры прессованных элекгродов.
Найдены условия образования в дисперсной структуре элекгродов
фазовых контактов с пластическими деформациями частиц, пло
щадь сечения которых достигает 0,7 мкм2 при среднем размере
частиц нк.^еля II лкм; '. *
Определены температурные интервала и энергии, активации образующихся на поверхностиникелевых электродов в условиях высокотемпературной адсорбции.четырех атомарно-адсорбированных состояний водорода. Термодинамически- описано адсорбционное, взаимодействие водорода с дисперсным никелем и установлено, ' что при : эких степенях заполнения поверхности происходит локализованная адсорбция на центрах с максимальной теплотой ад-сорбциу при степени заполнения, большей 0,4 , адсорбированный слой становится подвижным. Равновесная адсорбция водорода отсыплется уравнением Лэнгмюра, определены его коэффициенты. Впервые найдена зависимость между пористостью никелевых топливных олс гродов и »с поляризацией, которая в полулогн-ритмических- координатах описывается уравнением 1-го порядка.
'- б -
Практическая ценность. Выявлены оптимальные интервалы изменения параметров пористой сгруктурь, при кот ш поляризация топливных г екгродов минимальна. Рекомендованы режимы получения электродов с заданными и воспроизводимыми свойствами.
Разработаны методы получения пористых порошкообразных оксида алюминия и алюмината лития, предназначенных для использования в качестве материала электролитной магрицы. Предложены условия формирования магрицы из алюмината лития.
Полученные материалы прошли успешное испытание в условиях лабораторного топливного элемента, проведенное в Институте электрохимии УрО АН СССР.
Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены на IX
Всесоюзной конференциипо динамике разреженного газа (Сверд
ловск, 1987 год). По-теме диссертации опубликовано 3 печат
ные работы. _ .
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, лести глав, выводов, списі . лигерагупы и приложения. Материал изложен на 13? страницах, включає* 32 рисунка и 10 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 121 источник.