В монографии излагается теория пористых электродов, работаю-] щих на жидких реагентах и находящих широкое применение в' прикладной электрохимии, в частности в химических источниках тока.'
Теоретически и экспериментально рассмотрен механизм работы таких электродов при самых различных условиях их использования. Детально разобраны макрокинетические закономерности функционирования таких электродов при двух основных механизмах подачи реагентов к месту реакции — диффузионном и конвективном. Проведены оптимизация параметров работы электрода и дифференцирование энергопотерь в нем.
Таблиц 4, иллюстраций 76, библиография-—149 названий.
Представляет интерес для научных работников, инженеров и аспирантов, занимающихся исследованиями и разработками в области прикладной электрохимии, в частности в электрохимических генераторах энергии. Кроме того, может быть полезна для физико-хи-миков, физиков и инженеров, интересующихся процессами, происходящими в пористых катализаторах и электродах. ^
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пористые электроды широко применяются в прикладной электрохимии, особенно в таких ее отраслях, как химические источники тока и электросинтез. Резкое повышение интереса к пористым электродам в последнее время вызвано интенсивными исследованиями в области топливных элементов, которые являются весьма перспективными источниками электроэнергии в самых различных областях жизни.
Имея очень развитую внутреннюю поверхность, пористые электроды позволяют проводить процессы при больших токах в области малых поляризаций, что обеспечивает высокую эффективность электрохимического процесса. В некоторых случаях применение пористых электродов, обладающих определенной проницаемостью для газов и жидкостей, дает возможность найти прогрессивные технические решения, связанные с подачей и удалением электролита и разделением продуктов электролиза.
Одним из практически применяемых типов пористых электродов является жидкостный диффузионный пористый электрод. В электродах такого типа все поры заполнены жидкостью, в которой растворены реагирующие вещества. Подвод этих веществ в реакционные зоны, расположенные на стенках пор,, осуществляется путем их диффузии или в результате фильтрационного потока всей жидкости.
Детальное изучение механизма работы пористого-жидкостного электрода имеет большое значение не только для правильного управления работой этих электродов, но может быть полезным и для исследования других физико-химических систем, аналогичных в определенных отношениях жидкостному, пористому электроду.
Одним из примеров таких систем является газодиффузионный пористый электрод — основной из применяющихся в настоящее время в топливных элементах тип
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............... 3
Глава 1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ЖИДКОСТНЫХ ПОРИСТЫХ ЭЛЕКТРОДАХ
1. Жидкостные пористые электроды. Основные понятия . 5
2. Принципы теоретического рассмотрения работы жидкостных пористых электродов.......... 14
3. Дифференциальные уравнения для распределения концентрации и потенциала ........... 17
4. Кинетические уравнения электрохимической реакции . . 25
5. Основные методы изучения пористых электродов . . 28
Г л а в а 2
ИЗОКОНЦЕНТРАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ЖИДКОСТНОГО ПОРИСТОГО ЭЛЕКТРОДА
1. Математическое описание модели.......32
2. Закономерности работы электрода......36
Гл а" ва 3
ЖИДКОСТНЫЕ ПОРИСТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ С ДИФФУЗИОННОЙ ПОДАЧЕЙ РЕАГЕНТОВ. ИЗОПОТЕНЦИАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ
1. Математическое описание модели.......48
2. Закономерности работы пористого электрода ... 50
Г л а в а 4
ЖИДКОСТНЫЙ ПОРИСТЫЙ ЭЛЕКТРОД С ДИФФУЗИОННОЙ ПОДАЧЕЙ РЕАГЕНТОВ. ОБЩАЯ МОДЕЛЬ
1. Схемы работы жидкостного пористого электрода . . 56
2. Жидкостный пористый электрод в схеме односторонней (фронтальной) диффузии и поляризации (или в схеме двусторонней диффузии и поляризации).......61
3. Жидкостный пористый электрод в схеме односторонней (тыльной) диффузии и поляризации.......77
4. Жидкостный пористый электрод в схеме двусторонней диффузии и односторонней поляризаций......82
5. Сравнительный анализ различных схем работы жидкостного пористого электрода с диффузионной макрокинетикой 89
16*
243
Г л а в а 5
ЖИДКОСТНЫЕ ПОРИСТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ С КОНВЕКТИВНОЙ
ПОДАЧЕЙ РЕАГЕНТА •
1. Схемы подачи реагента в электрод и их математическое описание...............94
2. Решение задачи............97
3. Закономерности работы электродов. Общее описание их внутренних характеристик ......... 102
4. Поляризационная характеристика пористого электрода в зависимости от параметров системы при постоянном коэффициенте использования реагента ... . . . . . . 108
5. Поляризационная характеристика пористого электрода в зависимости от параметров системы при изменяющемся коэффициенте использования реагента........114
6. Сопоставление поляризационных характеристик электродов, работающих в схемах тыльной и фронтальной подачи реагента...............117
Г л а в а 6
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ РАБОТЫ ПОРИСТЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
1. Макрокинетика реакций со сложными микрокинетическими зависимостями............ 120
2. Работа пористого электрода без отвода тока . - . ." . 127
3. Макрокинетика реакций в бинарном электролите . . 131
4. Селективность сложных реакций, протекающих на пористых электррдах............ 135
•Глава? ЭЛЕКТРОДЫ со сложной СТРУКТУРОЙ
1. Модели с полидисперсной структурой.....141
2. Структуры, неоднородные по толщине. Отравленные катализаторы............... 149
Глава 8
ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ЭНЕРГОПОТЕРЬ ПРИ РАБОТЕ ЖИДКОСТНОГО ПОРИСТОГО ЭЛЕКТРОДА
1. Составляющие внутриэлектродных потерь энергии . . . 154
2. Энергопотери жидкостного пористого электрода в различных схемах его работы..........158
. . . . .Г л ав а 9
СИСТЕМА МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ РАБОТЫ ПОРИСТЫХ ЭЛЕКТРОДОВ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭТОГО ИЗУЧЕНИЯ
1. Структурные характеристики пористых электродов . . 167
2. Сравнение стационарных поляризационных характеристик пористого и гладкого электродов....... 174^
3. Метод схемно-сравнительных характеристик [98, 99] . . . 193
244
4. Сопоставление экспериментальных данных с расчетом . 205
Глава 10
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТНОГО ПОРИСТОГО ЭЛЕКТРОДА
1. Оптимизация геометрии (толщины) электрода . . . 208
2. Оптимизация входных параметров электрода при работе в •схемах с конвективной подачей реагента.....212
Глава 11
АНАЛОГИЯ МЕЖДУ МЕХАНИЗМОМ РАБОТЫ ЖИДКОСТНОГО
ПОРИСТОГО ЭЛЕКТРОДА И РАБОТОЙ ДРУГИХ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1. Аналогия между макрокинетикой реакций в пористых катализаторах и пористых электродах ....... 221
2. Аналогия с другими типами пористых электродов . . 228 Литература ............. 236
Цена: 150руб.
