Введение к работе
Актуальность темы. Непосредственное превращение химической энергии топлива в электрическую с помощью электрохимических устройств, называемых топливными элементами (ТЭ), представляет собой одно из перспективных направлений научно-технического прогресса.
В настоящее время высокотемпературные ТЭ второго поколения с расплавленный карбонатным электролитом (MCFC) находятся на стадии опытно-конструкторской разработки.
Сегодня дальнейшее развитие MCFC тормозится, в основном, плохо работающим кислородным катодом. Возникающие проблемы связаны с материалом катода (NiO), который со временем подвержен деградации, сложностью аппаратурного оформления, а также непосредственно с саной реакцией восстановления кислорода п карбонатных расплавах. Замедленная кинетика этой реакции представляет собой одну из ключевых проблем, которую необходимо решить, для того, чтобы разработать эффективный и производительный кислородный катод. Основой для решения этой проблемы является изучение кинотики и механизма катодной реакции.
Целью работы явилось изучение кинетики и механизма электрохимического восстановления кислорода в карбонатных расплаыах на нодельном золотом электроде.
Научная новизна. Рагработана теория новых электрохимических методов исследования кинетики электродных процессов хроноамперо-метрии и кулоностатики с переключением из стационарного состояния
. Впервые показано, что на механизм реакции элоктро-восстановления кислорода влияет состав газовой атмосферы, находящейся в равновесии с расплавом, что во многом объясняет
. 3
противоречивость литературных данных.
Впервые проведено определение механизма электрохимического восстановления кислорода в нонокатионных расплавах при рабочей температуре карбонатного топливного элемента.
Предложена новая схема и механизм восстановления кислорода, который реализуется в расплаве LiCl-Li2C03 при парциальном давлении кислорода равной 1 атм.
Впервые с помощью изучения температурной зависимости показано, что активация процесса восстановления кислорода, в основном, происходит за счет повышения растворимости кислорода в карбонатном расплаве с подъемом температуры.
Научная и практическая ценность. Предложенные новые методики исследования кинетики и механизма электрохимических реакций позволяют значительно уменьшить время, требуемое для проведения эксперимента, повысить очность данных и их воспроизводимость.
Определены области парциальных давлений С02 и 02, в которых реализуется лероксидный и супероксидный механизм восстановления кислорода.
Полученные экспериментальные величины токов обмена, кажущегося коэффициента переноса и емкости двойного слоя могут быть ИСПОЛЬЗОН'вНЫ В МОДРЛь"му naruoTav пп пппистпму плрктропи
Определен состав расплава, в котором значение тока обмена в 2, 5 раза выше, чем в стандартном электролите, используемо* в MCFC.
Публикации. Основное содержание работы изложено в четырех публикациях.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на X Всесоюзной коїіфереіщии по физикохииии п электрохимии ионных расплавов и твердых электролитов, 27-29 августа 1992, научных
собраниях Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН в 1992-1994 г.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и приложения, изложена на 93 страницах машинописного текста, включает 16 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 85 наименований.
