Металлокерамический пористый электрод для электрохимических процессов

 

Использование: в топливных электрохимических элементах и электролизных установках, в частности, для электролиза воды. Сущность изобретения: электрод целиком выполнен из металлокерамической пористой структуры, при этом поры его уплотнительной части заполнены составом из эпоксидных смол, а на наружную поверхность уплотнительной части нанесено металлическое покрытие гальваническим или химическим способом. 1 ил.

Изобретение относится к области электрохимических процессов и может быть использовано в топливных электрохимических элементах и электролитных установках, в частности в установках для электролиза воды.

Известен металлокерамический пористый электрод. Электрод представляет собой плоский металлокерамический пористый диск, укладываемый в электролизную ячейку с обеих сторон биполярного цельнометаллического электрода. Известный металлокерамический пористый электрод имеет следующие недостатки: необходимость наличия цельнометаллического электрода, обеспечивающего уплотнение электролизной ячейки по периметру; электрический контакт между пористым и цельнометаллическим электродом обеспечивается одновременно с уплотнением пакета ячеек и практически неконтролируем, что снижает надежность электрода.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрод, который представляет собой цельнометаллический перфорированный в центральной части диск. На перфорированную часть диска с обеих сторон нанесен путем спекания пористый металлокерамический слой. По периферии цельнометаллического диска выполнены отверстия для газов и электролита.

Этот электрод имеет следующие недостатки: невысокая надежность герметизации между цельнометаллическим диском и рабочей пористой структурой электрода, заполненной электролитом, что при использовании данного электрода в топливном элементе (наличие перепада давлений между газом и электролитом) приводит к попаданию рабочих газов в электролит и нарушению технологического режима работы; неполное использование рабочей поверхности электрода для массообменых исходных и конечных продуктов реакции процесса из-за наличия в рабочей перфорированной части электрода цельнометаллических перемычек; неоправданно завышенная масса электрода за счет наличия цельнометаллической его части.

Цель изобретения - повышение надежности работы электрода и снижение его габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в металлокерамическом пористом электроде для проведения электрохимических процессов, содержащем рабочую пористую и уплотнительную непористую части, электрод целиком выполнен из металлокерамической пористой структуры, при этом поры его уплотнительной части заполнены стойким в рабочей среде составом, например, их эпоксидных смол, а на наружную поверхность уплотнительной части нанесено металлическое покрытие гальваническим или химическим способом.

Для определенных целей, когда не требуется внешняя электрическая коммутация электродов, предлагаемый электрод может использоваться также и без металлизации его уплотнительной части.

Изобретение поясняется чертежом.

Металлокерамический пористый электрод содержит в себе: рабочую пористую поверхность 1, уплотнительную часть электрода 2, поры которого пропитаны стойким в рабочей среде составом с последующей сушкой, и гальванически нанесенный на уплотнительную поверхность слой металла 3.

Работает предлагаемый электрод следующим образом. Рабочая пористая часть электрода в большей или меньшей степени (в зависимости от природы процесса и структуры электрода) заполнена электролитом. На рабочей поверхности электрода протекает электрохимическая реакция, например электролиз воды, с выделением кислорода или водорода. Герметизация электрода по отношению к окружающей среде осуществляется с помощью уплотнительной поверхности электрода 2 и соответствующих прокладок. Металлическое покрытие 3 уплотнительной части электрода служит для повышения ее электропроводности в случае необходимости коммутации электродов по внешним электрическим контактам (на чертеже не показаны). В случае работы электрода, когда по одну его сторону находится электролит, а по другую газ с несколько большим давлением, пористая структура рабочей и уплотнительной частей электрода обеспечивает надежную герметизацию газа до давления (Δ Р_кр.), соответствующего максимальному радиусу пор r по закону Баруса-Бехгольца.

P_кр= где σ_иc - смачиваемость пористого тела электролитом; Θ - угол смачивания; r - радиус максимальных пор.

При полной смачиваемости Θ=0 уравнение принимает вид P_кр= ..

Внедрение в промышленность данного электрода по сравнению с прототипом обеспечит большую надежность уплотнения по электроду и снижение его весовых характеристик. Это достигается выполнением электрода целиком из пористой металлокерамической пластины, заполнением пор уплотнительной части электрода стойким в рабочей среде составом с последующей сушкой (например, на основе эпоксидных смол) и нанесением на уплотнительную часть электрода металлического покрытия гальваническим или химическим способом.

Формула изобретения

МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ПОРИСТЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, содержащий рабочую пористую и уплотнительную части, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности в работе и снижения габаритов, уплотнительная часть выполнена пористой, при этом ее поры заполнены эпоксидной смолой, а наружная поверхность содержит металлическое покрытие, нанесенное гальваническим или химическим способом.

РИСУНКИ

Рисунок 1