Электрохимический элемент с твердым электролитом

Изобретение относится к энергетике, прямому преобразованию химической энергии в электрическую, и может быть использовано в электрохимии для измерения составов сред в качестве измерительного преобразователя концентрации окислителя или восстановителя в среде. Согласно изобретению электрохимический элемент с твердым электролитом состоит из катода и анода, разделенных электролитом со сквозной пористостью в пределах более 5, но менее 100%, причем на элемент наложено внешнее электрическое поле с отрицательным полюсом со стороны катода и положительным - со стороны анода. Электрическое поле может быть создано как наложением электретов с внешних сторон электродов, так и создано электростатическим генератором, а также может быть импульсным. Техническим результатом является увеличение эмиссии электронов с катода и подавление эмиссии электронов на аноде, что повышает эффективность работы электрохимического элемента. 3 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое техническое решение относится к энергетике, прямому преобразованию химической энергии в электрическую, и может быть использовано в электрохимии для измерения составов сред в качестве измерительного преобразователя концентрации окислителя или восстановителя в среде.

Известно изобретение с использованием термоэмиссии термоэмиссионный преобразователь (ТЭП) с микрозазором между эмиттером и коллектором (Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. / Под ред. Мойжес Б.Я., Пикус Г.Е. - М., 1973, с.62).

Основным недостатком ТЭП является трудность создания и поддержания микрозазора между электродами.

Известны также электрохимические элементы (ЭХЭ) с высокотемпературным твердым электролитом с преобразованием химической энергии реагентов в электроэнергию или термоэлектрохимический (ТЭХЭ), преобразовывающий тепло в электроэнергию (Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.89 и 91).

Основным недостатком ЭХЭ являются трудности технологии плотного соединения разнородных пористых и плотных слоев элемента при соблюдении нескольких видов совместимости, проблемы надежности ЭХЭ и батареи ЭХЭ с учетом межэлементной коммутации.

Известен электрохимический элемент с твердым электролитом, состоящий из катода и анода, разделенных электролитом со сквозной пористостью в пределах более 5, но менее 100% (патент РФ №2084052), принятый за прототип.

Недостатком указанного технического решения является недостаточная термоэмиссия электронов с катода и наличие термоэмиссии электронов на аноде, что снижает эффективность работы электрохимического элемента.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что на электрохимический элемент с твердым электролитом, состоящий из катода и анода, разделенных электролитом со сквозной пористостью в пределах более 5, но менее 100%, наложено внешнее электрическое поле с отрицательным полюсом со стороны катода и положительным - со стороны анода, причем электрическое поле может быть создано наложением электретов или электростатическим генератором, в том числе может быть импульсным.

Подобное наложение электрического поля способствует увеличению эмиссии электронов с катода и подавляет эмиссию электронов на аноде, тем самым повышая эффективность работы электрохимического элемента.

Устройство работает следующим образом. К аноду подводится восстановитель в количестве, не большем потребного для соединения с кислородом, который в виде ионов под действием разницы концентрации ионов в областях катода и анода движется к аноду в ионном проводнике. Ионы кислорода могут достигать при соответственном расстоянии между анодом и катодом анода, минуя электролит. Ионы кислорода имеют заполненную валентную оболочку и не могут вступать в реакцию с восстановителем вне контакта с анодом или катодом, на которые можно отдать излишние электроны. Ионы проводимости по ионному проводнику подходят к аноду, где отдают в ходе окисления восстановителя избыточные электроны аноду, откуда через полезную нагрузку электроны возвращаются на катод и эмиттируют, что завершает цикл движения электронов.

1. Электрохимический элемент с твердым электролитом, состоящий из катода и анода, разделенных электролитом со сквозной пористостью в пределах более 5, но менее 100%, отличающийся тем, что на элемент наложено внешнее электрическое поле с отрицательным полюсом со стороны катода и положительным со стороны анода.

2. Электрохимический элемент по п.1, отличающийся тем, что электрическое поле создано наложением электретов с внешних сторон электродов.

3. Электрохимический элемент по п.1, отличающийся тем, что электрическое поле создано электростатическим генератором.

4. Электрохимический элемент по п.1, отличающийся тем, что электрическое поле, созданное электростатическим генератором, является импульсным.