Способ изготовления трехэлектродной электрохимической ячейки

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ, заключающийся в формировании слоя твердого электролита, установке рабочего и вспомогательного электродов .,. ;; ,.:::. и / -- / (Риг. 7 с обоих торцов слоя твердого электролита с последующим сжатием всей сборки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможиостей за счет обеспечения возможности, поляризационных измерений с использованием керамических электролитов с проводимостью по ионам натрия, устанавливают электрод сравнения снаружи на боковой поверхности слоя твердого электролита, после чего проводят электрохимическое осаждение натрия, поляризуя анодно вспомогательный электрод и катодно - электрод сравнения, при этом в качестве материала вспомогательного электрода выбирают либо металлический натрий либо амальгаму натрия, а в качестве материала электрода сравнения - один из следующих материалов: графит, платина, алюминий , медь или ртуть.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

М ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3641636/24-10 (22) 23.06.83 (46) 15.02.85. Бюл. № 6 (72) А. М. Михайлова и В. В. Корнеев (71) Саратовский политехнический институт (53) 621.35 (088.8) (56) 1. Такахами и др. Элементы с твердым электролитом системы Ag/Agô,/I,. Пер.

ВИНИТИ № 70279/7 из журнала ДЭНКИ

Кагаку, 1964, т. 32, № 9, с. 664 — 667.

2. Михайлова А. М. и др. Поляризационные границы Ag/Ag Rb/1 .— «Электрохимия»

1975, т 11, вып.,9, с. 1397 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ, заключающийся в формировании слоя твердого электролита, установке рабочего и вспомогательного электродов

SU 1140183 с обоих торцов слоя твердого электролита с последующим сжатием всей сборки, OTличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности, поляризационных измерений с использованием керамических электролитов с проводимостью по ионам натрия, устанавливают электрод сравнения снаружи на боковой поверхности слоя твердого электролита, после чего проводят электрохимическое осаждение натрия, поляризуя анодно вспомогательный электрод и катодно — электрод сравнения, при этом в качестве материала вспомогательного электрода выбирают либо металлический натрий либо амальгаму натрия, а в качестве материала электрода сравнения — один из следующих материалов: графит, платина, алю- З миний, медь или ртуть.

1140183

25

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к способу изготовления электрохимических ячеек с твердым электролитом для поляризационных исследований, и может быть использовано в приборостроении, измерительной технике и других областях народного хозяйства.

Известен способ изготовления электрохимической ячейки на твердом серебросодержащем электролите, заключающийся в одновременном прессовании рабочего и вспомогательного электродов, разделенных набором компонент электролита. Прессование проводится при определенных условиях. При использовании данной ячейки вся сборка остается в подпрессованном состоянии (1).

На ячейках, изготовленных по данному способу, возможно проводить исследовани» методом вольт-амперных характеристик и измерением проводимости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления трехэлектродной ячейки, заключаюшийся в совместном формировании слоя твердого серебросодержащего электролита и электрода сравнения, расположенного в середине слоя твердого электролита, при этом в качестве материала электрода сравнения выбирают металл, обратимый по ионам проводимости электролита. С обеих сторон твердого электролита устанавливают рабочий и вспомогательный электроды., а всю сборку подпрессовывают для создания надежного контакта между электродами и слоем твердого электролита (2).

Данный способ изготовления электрохимических ячеек пригоден для электролитов изготавливаемых при температурах, меньших температуры плавления материала электрода сравнения . При изготовлении твердого керамического электролита данный способ использоваться не может, так как температура спекания керамического электролита более 1700 С. Большинство металлов, пригодных для изготовления электродов сравнения, при этой температуре разрушаются. Указанные недостатки особенно характерны для электролитов с проводимостью по ионам натрия.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения поляризационных измерений с использованием керамических электролитов с проводимостью по ионам натрия.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления трехэлектродной электрохимической ячейки, заключающему в формировании слоя твердого электролита, установке рабочего и вспомогательного электродов с обоих торцов слоя твердого электролита с последующим сжатием всей сборки, устанавливают электрод сравнения

55 снаружи на боковой поверхности слоя твердого электролита, после чего проводят электрохимическое осаждение натрия, поляризуя анодно вспомогательный электрод и катодно — электрод сравнения, при этом в качестве материала вспомогательного электрода выбирают металлический натрий или амальгаму натрия, а в качестве материала электрода сравнения — один из следующих материалов: графит, платина, алюминий, медь или ртуть.

На фиг. 1 схематически представлена электрохимическая ячейка, изготовленная согласно предлагаемому способу; на фиг. 2 и 3 — поляризационные кривые, полученные для конкретных примеров выполнения ячейки.

Способ осуществляется следующим образом.

В электроизоляционный корпус 1, выполненный из полиметилметакрилата, фторопласта или кварца, размещают уплотнительную шайбу 2. Таблетка керамического электролита 3 поджата втулкой 4. С обоих торцов электролита 3 устанавливают вспомогательный 5 и рабочий 6 электроды. В боковое отверстие в корпусе 1 вводят стержень 7, являющийся токоотводом электрода сравнения. На торцовую поверхность стержня 7, соприкасающуюся с керамическим электролитом и являющуюся основанием электрода сравнения, электрохимическим способом осаждают натрий, дропуская электрический ток между вспомогательным электродом и электродом сра ения. При этом вспомогательный электрод поляризуют анодно, а электрод сравнения катодно. С противоположных сторон слоя электролита с помощью пуансонов 8 и 9, являющихся одновременно токовыводами, поджимают вспомогательный

5 и рабочий 6 электроды. Ячейка позволяет производить поляризационные измерения при фиксированном давлении поджима различных составов керамических электролитов с проводимостью по ионам натрия, при этом в качестве материала подложки может быть применен один из следующих материалов: графит, платина, медь, алюминий, ртуть.

Результаты измерения поляризационных кривых, полученных при исследовании ячеек согласно приведенным примерам, представлены на фиг, 2 и 3. 7ример 1. Электрохимическая ячейка изготовлена в атмосфере аргона. Таблетка твердого керамического электролита проводящего по ионам натрия состава Na OX

XMgO5A1, приклеена к корпусу ячейки, выполненному из фторопласта для герметизации катодного и анодного пространства путем заливки компаундом ЭФ-20.

Анодное пространство заполнено металлическим натрием, катодное — иодным комплексом фенотинзана.

1140183

В боковое отверстие корпуса введена платиновая проволока и приведс ..., контакт с боковой поверхностью таблетки твердого электролита, При катодной поляризации платины в потенциостатическом режиме c использованием в качестве анода электрод натрий, имеющий общий ион с основным ионом проводимости, осажден на платиновую подложку. На фиг. 2 (кривая 2) представлена потенциодинамическая поляриза; ционная кривая, полученная на данной ячейке с использованием потенциостата П-5827 и электронного самописца для регистрации

КСП-4.

Пример 2. Электрохимическая ячейка изготовлена аналогично ячейке по примеру 1

Таблетка твердого электролита проводящего по ионам натрия состава На О 11А1аОз прикреплена в средней части к корпусу ячейки, выполненному из кварца, а герметизация катодного и анодного пространств осуществлена с помошью уплотнительной шайбы, выполненной из фторопласта.

Анодное пространство заполнено амальгамой натрия, катодное.— иодом. В боковое отверстие цилиндра введена алюминиевая проволока до контакта с боковой поверхностью твердого электролита. При катодной поляризации в гальваностатическом режиме с использованием амальгамы натрия в качестве анода получен натрий-сплав, который выполняет функции электрода сравнения.

На фиг. 2 (кривая 1) представлена потенциодинамическая поляризационная кривая, полученная с использованием данной ячейки.

Пример 3. Электрохимическая ячейка изготовлена аналогично ячейке по примеру 1.

Таблетка твердого электролита проводящего по ионам натрия состава NazO ToOqX

X 11А1 0 приклеена в средней части корпуса ячейки из пол и метил метакрилата для герметизации катодного и анодного пространства путем заливки компаундом К-300.

Анодное пространство заполнено амальгамой натрия, катодное — иодным комплексом бензофульвалена. При катодной поляризации графита, который введен в боковое отверстие корпуса ячейки при помощи связующего, в потенциостатическом режиме с использованием в качестве анода амальгамы натрия осажден натрий на графит.

На фиг. 2 (кривая 3) представлена потенциодинамическая поляризационная кривая, полученная с иСпользованием данной ячейки.

Пример 4. Электрохимическая ячейка изготовлена аналогично ячейке по примеру 1

Таблетка твердого керамического электролита состава Na ОМрО5А! Оэ приклеена в средней части корпуса ячейки, который вы. полнен из полиметилметакрилата, а герметизация катодного и анодного пространств осуществлена с помощью уплотнительной шайбы, выполненной из текстолита.

Анодное пространство заполнено металлическим натрием, катодное — комплексом дибензотетратиофульвалена.

В боковое отверстие корпуса ячейки введена медная проволока. При катодной поляризации на медь осажден натрий в потенциостатическом режиме с использованием металлического натрия из анодного пространства в качестве анода. На фиг. 3 представлены поляризационные кривые с использованием данной ячейки.

20 Аналогично ведут себя при использовании в качестве подложки для электрода сравнения материалы из молибдена, титана, висмута, ртути.

Таким образом, согласно предлагаемому способу возможно изготовление ячеек, обеспечивающих проведение поляризационных измерений электродов на границе с твердыми керамическими электролитами в электрохимических системах, которые могут быть положены в основу создания электрохимиÇ0 ческих преобразователей информации: датчиков давления, ускорения, электрохромных индикаторов, интеграторов, а также преобразователей энергии. Результаты, полученные при использовании данной электрохимической ячейки, дают возможность определять рабочий диапазон функционирования приборов, может быть проведена также оптимизация регистрируемых параметров тока, напряжения, сопротивления, быстродействия и т. д.

Использование ячеек, изготовленных по предлагаемому способу, сокращает количество образцов и вариантов определения основных приборных характеристик, позволяет выбрать оптимальную конструкцию

4> и прогнозировать электрические характеристики в широком температурном диапазоне.

Известно, что твердые керамические электро.литы широко рекламируются для разработки приборов на электрохимическом принципе.

1140183

Редактор Л. Алексеенко

Заказ 66 41

Составитель Е. Баринов

Техред И. Верес Корректор О. Тигор

Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4