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文檔簡介
多孔電極
Porouselectrode多孔電極的特點一、優(yōu)點1.具有比平板電極大得多的反應(yīng)表面,有利于電化學(xué)反應(yīng)的進行2.給活性物質(zhì)在充放電過程中體積的收縮和膨脹留有空間,減少了電極的變形和活性物質(zhì)的脫落或生成枝晶而引起的短路3.可以改變平板電極的擴散傳質(zhì)情況,形成比平板電極薄得多的擴散層,增大極限電流密度,減小濃差極化4.有利于在活性物質(zhì)中加入各種添加劑,得到成分均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的電極。二、多孔電極的參數(shù)1.孔隙率是指多孔物體的孔隙體積和物體的總體積之比.A)吸滿液體后的增重B)粉末材料的真實密度及多孔體的視密度真實密度:指材料在絕對密實狀態(tài)下的體積內(nèi)固體物質(zhì)的實際體積,不包括內(nèi)部空隙。視密度即表觀密度:質(zhì)量/(外部實際體積+內(nèi)部閉口孔隙體積)注:不包括物體表面的開口空隙體積2.比表面單位表觀體積或單位質(zhì)量的多孔電極所具有的總表面積。比表面積越大,越有利于電極催化活性。A)吸附法N2B)電化學(xué)原理吸附原子氫的氧化電量來測定3.孔徑:孔徑:孔的平均直徑(假想圓柱孔的橫截面直徑來表示孔的大小。)4.孔分布:不同直徑的孔所占的百分數(shù)5.曲折系數(shù)孔的長度/多孔體厚度直通孔,曲折孔三、兩相多孔電極
“液孔”和“固相”兩種網(wǎng)絡(luò)交織組成的
1.歐姆極化-電化學(xué)極化混合控制
在孔口處,電流值最大,極化大。越向孔內(nèi),流過孔截面的電流越小,極化小。
極化電流密度越小,電解液電導(dǎo)、電極孔率、電極真實表面積和電極過程的交換電流密度越大,電極極化越均勻,多孔電極中電流分布越均勻。圖兩相多孔電極及孔內(nèi)電流分布2.有濃差極化的情況—擴散控制
越是孔的深處,工作電流密度越小,由于物質(zhì)傳遞的影響,使孔內(nèi)表面上電流分布不均勻。如果工作電流密度較大時,孔內(nèi)的濃度梯度也變大,物質(zhì)傳遞的影響更嚴重,孔內(nèi)表面上電流分布會更不均勻。多孔電極的孔率和孔徑比較大時,可以改善孔內(nèi)外物質(zhì)的傳遞,使孔內(nèi)電流分布比較均勻,電極內(nèi)表面得到較好的利用。四、三相多孔電極
氣體向電極表面輸送過程:(1)氣體溶解(2)氣體向電極表面附近的傳質(zhì)過程(3)氣體穿越雙電層氣、液、固三相的界面處發(fā)生,氣體反應(yīng)的消耗以及產(chǎn)物的疏散都需要擴散來實現(xiàn)。擴散是氣體電極的重要問題。1.氣體擴散電極的特點
氣體擴散電極的理論基礎(chǔ)是“薄液膜理論”
圖1-8鉑電極從4mol/LH2SO4溶液中圖1-9電極上的薄膜提出時電流的變化氣體擴散電極的基本特點:極限電流密度比全浸沒式電極大為增加(1)雙層電極電極由金屬粉末和適當?shù)陌l(fā)孔性填料分層壓制及燒結(jié)制成??拷鼩怏w的一側(cè)是較大孔徑的“粗孔層”(30-60微米),靠近電解液的一側(cè)是較小孔徑的“細孔層”(10-20微米)
(2)(微孔)隔膜電極
電池由兩片用催化劑微粒制成的電極與微孔隔膜層結(jié)合而成(如石棉紙膜)。
圖1-10雙層電極示意圖圖1-11微孔隔膜電極(3)疏水(防水、憎水)電極通常用催化劑粉末與疏水性材料混合后輾壓、噴涂及經(jīng)過適當?shù)臒崽幚砗笾瞥伞3S玫氖杷牧鲜蔷垡蚁?、聚四氟乙烯等?/p>
圖1-12疏水電極示意圖A).電化學(xué)極化-歐姆極化控制毛細孔內(nèi),電流比較集中在靠近電解液一端,越往孔的深處,電流分布越小,甚至為零。電流密度越大,這種電流分布不均勻性越嚴重。降低極化的措施:合理選擇電解液;改變催化層的結(jié)構(gòu)(如增大催化層的孔率和孔徑,減小毛細孔的彎曲程度等);采用高效催化劑,氣體擴散電極的催化層常常做得很薄,因為電化學(xué)反應(yīng)主要集中在催化層面向電解液一側(cè)很薄的區(qū)域內(nèi),厚的催化層對電極性能的改善并沒有貢獻。B).擴散控制電流分布集中在毛細孔面向氣體的一側(cè),而在毛細孔面向電解液一側(cè)的孔壁上幾乎沒有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。C).擴散-歐姆控制
改善氣體擴散:增加憎水劑的含量,但液孔數(shù)量下降,液相電阻升高。
減小歐姆極化:減小憎水劑的含量,氣孔減
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