Способ электрохимической активации электродов преобразователей

 

Союз Советсмнх

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К 46ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 907600 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22)Заявлено 03.07.80 (21) 2949978/18-10 с присоединением заявки .а&в (51)М. Кл.

Н 01 G 9/22

Гасударственный камнтет (28) Приоритет

Опубликовано 23 02,82. итллетеуи Щ 7 нв делам нзобретеннй н отнрытнй (53) УД4(621.35 (088.8) Дата опубликования еиисания 23.02.82 (72) Авторы изобретения

И. Г. 1цигорев и В. Н. Осипов

Научно-производственное объединение "Квант" (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ

ЭЛЕКТРОДОВ ПРЕОЬРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к прнборостроенитв, в частности к восстановлению и стабилизации эксплуатационных характеристик преобразователей молекулярной электроники, в которых используется обратимая иоднодидная окислиS тельно-восстановительная система с платиновыми электродами, например, диффузионных преобразователей, предназначенных для регистрации механических воздействий (скорость, ускорение, смещение почвы, перепад атмосферного давления и др.).

Известен способ активации платннового электрода обработкой раствором хромовой смеси нли механической очисткой поверхности порошком $ О с последующим прокаливаf$ нием электрода в атмосфере водорода. Если требуется высокоразвитая поверхность с высокой каталнтической активностью, то платиновый электрод подвергается платинированию 111.

Недостатком известного способа является

20 необходимость разборки преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ электрохнмической ак2 тивации электродов преобразователей путем электрохимического нанесения на поверхность электрода (аиодным rn o ) активного слоя и последующего его снятия катодным током.

Процесс осаждения и снятия повторяют до получения стабильной активности электрода, а затем -наносят заданное количество электроактивного вещества т2т.

Недостатком этого способа является неспособность его осуществить эффективную очистку псаерхиости электрода or поверхностно-активных примесей, так как потенциал электрода (который и определяет десорбцию примесей с поверхности электрода) в процессе электрохимического осаждения и снятия активного вещества остается неконтролируемым. В способе для активации электрода используются стационарно-диффузионные токи, которые меньттте предельно диффузионного и ие способны сдвигать потенциал электрода от равновесного значения к предельно допустимым, при которых осуществляется окисление (восстановление) примесей посторонних веществ и десорбция нх с поверхности элект907600

5 о

2О

ЗО

3 рода. Известный способ нс применим для обратимых окислитсльно-восстановительных систем, имеющих высокие токи обмена, которые используются в диффузионных преобразователях механических сигналов.

Цель изобретения — стабилизация чувствительности и увеличение срока службы преобразователей, использующих обратимую окислительно-восстановительную систему с платиновыми электродами.

Указанная цель достигается тем что катодную активацию проводят, пропуская через преобразователь тока, величиной в 1,5 — 2 раза превышающий величину стационарного предельного диффузионного тока преобразователя, причем катодную активацию заканчивают при достижении перенапряжения на электроде предельно допустимого значения, после чего проводят анодную активацию анодным током той же величины и в течение такого же периода времени, при этом указанный цикл повторяют до получения стабильной чувствительности преобразователя, Известно, что в процессе эксплуатации чувствительность диффузионных датчиков уменьшается со временем, Так, например, за

1 — 1,5 года непрерывной работы чувствительность их падает в 2 — 2,5 раза. Это обусловлено загрязнением и отравлением поверхности измерительного канала рабочего электрода посторонними поверхностно-активными веществами, например, органическими, а также ионами иода, которые со временем прочно (химически) связываются с наиболее активными центрами поверхности (кристаллической решетки) платинового электрода и могут быть удалены с поверхности только при высоких отрицательных потенциалах (зарядах) поверхности электрода.

Предлагаемый способ позволяет восстанавливать чувствительность преобразователей, не прибегая к их разборке, т,е. в процессе эксплуатации, что позволяет продлить срок службы преобразователей (в условиях их непрерывной работы), а главное, поддерживать чувствительность датчиков в течение всего срока эксплуатации на предельном высоком уровне.

4 достаточным для обеспечения аиолного и",оцссса окисления (или католного процесса восстановления) примесей и дссорбции продуктов окисления (восстановлсния) с поверхности электрода в объем электролита.

Чем выше плотность тока импульса тем

1 меньше время его протекания (переходное время), за которое потенциал рабочего электрода (относитсльно неполяризованного платинового иодиодидного электрода в том же растворе) достигнет предельно допустимого значения 0,9 В.

Таким образом, плотность тока активирующего импульса ограничена временем его воздействия и критическим значением потенциала, превышение которого приводит к разложению электролита и выходу прибора из строя.

Исследования показали, что для эффективного протекания процессов иодного окисления и катодного восстановления посторонних всществ с последующей их десорбцией с поверхности электрода требуется время порядка

60 — 180 с, которому соответствует плотность тока активирующего импульса (1 — 3) 10 А/М .

При меньшей плотности тока импульса способ оказывается неэффективным, так как недостаточное количество активных центров на платине участвует в элсктрохимической реакции разряда — иониэации иода (способствующий окислению органических веществ), а прочно связанные ионы иода ие десорбируются с поверхности электрода при катодной активации. Плотность тока оказывается в

1,5 — 2 раза больше предельного стационарнодиффузионного тока преобразователя (ток в отсутствии внешнего механического воздействия) .

Активация электрода в предлагаемом осуществляется в нестационарных условиях, а активирующий импульс относится к миграционно-диффузионному току, обусловленному смешанной кинетической (диффузионной и электрохимической) . Время протекания анодного процесса должно быть равно времени протекания катодного, так как скорости окисления и восстановления, а также процессы десорбции

55

Сущность предлагаемого заключается в циклической обработке рабочего электрода преобразователя импульсами катодного, затем анодного тока максимально допустимой плотности при непрерывном контроле потенциала электрода, который не должен превышать предельно допустимого значения, например 0,9 В (при потенциалах выше 0,9 В происходит разложение электролита). При этом время обработки электрода импульсом тока должно быть продуктов реакций приблизительно равны.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ активации.

Устройство состоит из потенциостата

П-5848, регистратора выходного сигнала (тока)

КСП-4, вольтметра и диффузионного датчика.

Диффузионный датчик состоит иэ корпуса

1, ограниченного с торцовых сторон мембранами 2 и выполненного из инертного к электролиту материала (например, фторопласта или пеитона), разделенного на два отсека перего907600

5 IO

«5

В процессе катодной активации рабочего электрода с помощью вольтметра контролируют изменение катодного потенциала на электроде (подвергающегося активации) .

При достижении на рабочем электроде потенциала 0,9 В переключением тумблера 7 на блоке потенциостата "Регистратор" изменяют направление протекания тока активации на противоположное и таким образом цодвергают рабочий электрод анодной активации (поляризации) током той же плотности

55 ролкой, содержащей узкий кана.«3, «} когором рас««ола«ас гся нрсобразователь потока в электрический сиг««ал, состоящий из четырех электродов и двух анодов (противоэлсктродов) 4 и двух катодов (рабочих зг«сктродов)

5, и заполненного элсктролнтом 6, образующим совместно с электродами прсобразователя обратимую окислительно-восстановительную систему. Рабочие э}«сктрс дь«5, подвергающиеся активации, подключа«отся к клемме рабочего электрода потснциос1ата, а один из противоэлектродов 4 — к клемме вспомогательного электрода. В качестве электрода сравнения используется второй неполяризуемый . противоэлектрод 4 (имсющий равновесный окислительно-восстановительный потенциал

500 мВ, относительно нормального водородного электрода), который подключается к клемме потепциостата "Электрод сравнения .

Контроль потенциала на рабочем электроде 2(} датчика в процессе активации осуществляется вольтметром. Величина диффузионного тока активации контролируется прибором КСЛ вЂ” 4, подключенным к клеммам потенциостата "Регистратор". Направление тока активации (анод- 25 ная или катодная) изменяется тумблером 7.

Пример. Диффузионный преобразователь подключают к потенциостату, раббчий электрод датчика к клемме "Рабочий электрод", противоэлектрод — к клемме "Вспомогатель- 5п ный электрод" и неполяризуемый (второй) противоэлектрод — к клемпе "Электрод сравнения".

С помощью резисторов на блоке усиления (БУ) потенциостата устанавливают требуемую величину тока активации, например, превышающую величину стационарного рсдельного диффузионного тока датчика в 1,5 — 2 раза, и отрицательное значение потенциала на "Ра- . бочем электроде".

Переключатель "Род работы" ставят в положение "Ячейка включена", "Ток" (гальва.ностатический режим), в результате через датчик пропускают ток активации плотностью

2 ° 10 А/М, при котором рабочий электрод подвергается катодной активации (поляризации), а противоэлектрод — анодной. ° 1О" А/М и в течение того we промежутка времени. за которой осу«цест«н«ястс««катодная акгивация -3 мин (т.с, время, за когорое катодный потенциал рабочего электрода в период катодной активации достиг критического значения О, Б).

После проведения 3-5 циклов аноднокатодной активации проводят контроль чувствительности электродов преобразователя.

С агой це;ню переключатель "Род работы" на ЬУ потенциостата перев«эдят в положение

"11апряжснне" (потснциостатический режим) и "Ячейка вк}««очс««а", на рабочий электрод подгнот напряжение 0,5 В, при котором через датчик протекает предельный стационарный диффузионный ток, и подвергают датчик калиброванному возмущению. С помощью регистратора тока КСЛ-4 измеряют реакцию датчика Эввиде изменения диффузионного тока на это возмущение. Чувствитс}«ь««ость датчика определяют как отношение прнращсния (изменения) величины предельного диффузнонно«о тока датчика к величине калибровочного возмущения (напримср, к величине смещения ««с««тра мембраны датчика) .

Процесс актива««яи с последующим конт ролем чувствительности преобразователя повторяют до получения максимальной (исходной) чувствитслыюсти, которая не изменяется при дальнейшем циклировании тока активации.

Прсдлагасмьш способ позволяет увеличить срок службы преобразователей при условии их непрерывной работы с 1--1,5 Jlo 3 — 5 лет, нс прибегая в течение 3 — 5 лет к разборке датчиков..При этом в течение этого срока эксплуатации чувствительность датчиков поддерживается на первоначальном высоком уровне, для чего потребуется лишь периодическая (через каждый 5 — 8 месяцев непрерывной работы) анодно-катодная активация предлагаемым способом.

Формула изобретения

Способ электрохимичсской активации электродоь преобразователей путем циклической обработки катодно-анодным током с периодическим контролем чувствительности, о тличающийся тем,что,сцелью увеличения срока службы преобразователей, катодную активацию проводят, пропуская через преобразователь ток, величиной в 1,5—

2 раза превышающий величину стационарного предельного диффузионного тока преобразователя, причем катодную активацию заканчивают цри достижении перенапряжения на электроде предельно допустимого значения, после чего проводят анодную активацию анодным

907600

Составитель И. Федотов

Техред М. Надь . Корректор М. Коста

Редактор Н. Бобкова Тираж 758 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 602/60

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,. 4

7 током той же величины и в течение такого же периода времени, пои этом указанный цикл повторяют до получения стабильной чувствительности преобразователя.

Источники информации, нр во внимание при экспертизе

1. Левин А. И., Помосов А. M. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии, М., "Металлургия", 1979, с. 80.

5 2. Авторское свидетельство СССР И 508812, кл, Н 01 G 9/22, 1974 (прототип).