Способ определения числа переносаионов кислорода

 

ЬП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскни

Социалистические

Республик » 819677

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву —. (22) Заявлено 20.07.78 (21) 2646101/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.а

G 01 N 27/46

Гасударственный кемитет

СССР

Опубликовано 07.04.8! Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 09.04.81 (53) УДК 543.257..1 (088.8) но делам изобретений и аткрытий (72) Автор изобретения

В. И. Дмитриев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА ПЕРЕНОСА

ИОНОВ КИСЛОРОДА

Изобретение относится к измери-ельной технике, в частности к области исследования и определения чисел переноса ионов кислорода в твердых электролитах, исследования их зависимости от температуры и определения ионной составляющей тока в твердых электролитах с катионной проводимостью, в которых на аноде при электролизе выделяется эквивалентное количество кислорода. Такое исследование материалов имеет большое значение для решения проблемы топливных элементов, при использовании их в электротехнике, для физико-химических анализов, при разработке ряда технологических процессов, а также для теоретическихх разработок.

Известно устройство и способ для определения содержания кислорода путем измерений токов и напряжений в твердоэлектролитной ячейке. Устройство снабжено второй ячейкой для поддержания равенства кислорода на обоих сторонах основной ячейки (1).

Однако этот способ не дает возможности определять с достаточной точностью число переносов ионов кислорода в твердых электролитах.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения числа переноса ионов кислорода» в твердом электролите, заключающийся в перекачке кислорода электролизом через исследуемый образец, соединенный одной стороной с герметизированной емкостью, измерении параметров процесса перекачки, по которым находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца (2).

Недостатком этого способа является низкая чувствительность и точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности определения числа переноса ионов.

М кислорода в твердом электролите.

Эта цель достигается за счет того, что в способе определения числа переноса ионов кислорода в твердом электролите, заключающемся в перекачке кислорода электролизом через исследуемый образец, соединенный одной стороной с герметизированной емкостью, измерении параметров процесса перекачки, по которым находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца, изменение

8!9677

55 давления в емкости при электролизе компенсируют кислородным насосом путем регулировки тока через твердый электролит этого насоса, после достижения компенсации измеряют токи через исследуемый образец и твердый электролит насоса, по которым с учетом числа переноса твердого электролита насоса находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит керамические трубы .1 и 2, причем труба 1 является кислородным насосом, а труба 2 — герметизированной емкостью. Платиновые электроды 3 и 4 установлены соответственно йа стандартном образце 5 с известным числом переноса ионов кислорода, и на исследуемом образце 6, соединено одной стороной с емкостью 2. Образцы помещены в трубчатую печь 7 с терморегулятором. К электродам 3 и 4 подсоединены токопроводы 8 и 9, соединяюшие электроды с источником постоянного тока 10 и 11, а также с измерителями

12 и 13 силы тока. Кислородный насос и емкость 2 герметизированы уплотнителями

14 и 15. Кислородный насос соединен с емкостью 2 трубопроводом 16, к которому через трехходовой кран 17 подсоединен инди-. катор 18 градиента давления. Трубы 1 и 2 установлены на подставках 19 и 20.

Способ заключается в следуюшем.

Стандартный и. исследуемый образцы, находяшиеся в середине печи 7, нагреваются до одинаковой требуемой температуры.

С помощью трехходового крана 17 в герметическом пространстве установки устанавливается давление газа, равное атмосферному, поворотом крана прерывается связь .камер с атмосферой и сразу же фиксируется положение мениска жидкости в узкой трубке индикатора 18. Подают постоянное напряжение на электроды стандартного образца 3 от выпрямителя 10, а на электроды исследуемого образца напряжение противоположной полярности от выпрямителя 11 подается такое, чтобы ионные (кислородные) токи в обеих электролитических ячейках сравнялись. Поскольку на одном образце (например, стандартном) анод расположен внутри трубы, а на другом (исследуемом) в это время он расположен вне трубы, то при равенстве кислородных токов прибыль кислорода в герметическое пространство через один (стандартный) образец, равного количеству кислорода, выходящего из герметического пространства через другой образец (исследуемый) и мениск индикатора градиента давления будет находиться неподвижно в положении, соответствующем достигнутому состоянию равновесия ионных токов.

В электролитической ячейке, содержашей стандартный образец 5, сила ионного

1О

25 зо

4 тока равна 1с — — Il nl, где Il — сила тока, показываемая "прибором 12, который может быть микроамперметром или миллиамперметром; п — известное число переноса ионов кислорода в стандартном образце.

При уравнении токов ионов кислорода такова же по величине сила ионного тока 1с будет и в исследуемом образце. Прибор 13 покажет общую силу тока Iz, протекаюшего через исследуемый образец. Отсюда число переноса ионов кислорода в исследуемом образце определяется по уравнению h. =--

Ià аЕсли и< =1, то п = —, 1

Таким образом, при определении чисел переноса по данному способу нет необходимости измерять фактическую величину атмосферного давления и объем выделившегося кислорода, а также количество пропущенного электричества при электролизе. Объем герметизированного пространства сохраняется неизменным от начала до конца осушествления способа определения чисел переноса. Толшина и проводящая плошадь исследуемого образца может отличаться от соответствующих размеров стандартного образца, что не влияет на результаты измерения.

Данный способ повысит эффективность исследований в прикладных и научных целях при использовании его в научных и заводских лабораториях, проводящих исследования материалов с кислородной электропроводностью или с катионной, сопровождающейся выделением кислорода на аноде в эквивалентных количествах. Использование способа позволит рассчитывать числа переноса кислорода при решении ряда проблем топливных. элементов, для изыскания материалов для измерительных приборов, служащих для определения малых концентраций кислорода в газовых смесях, для исследования дефектов в анионной решетке керамических материалов и для решения технологических проблем.

Формула изобретения

Способ определения числа переноса ионов кислорода в твердом электролите, заключаюшийся в перекачке кислорода электролизом через исследуемый образец, соединенный одной стороной с герметизированной емкостью, измерении параметров процесса перекачки, по которым находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, изменение давления в емкости при электролизе компенсируют кислородным насосом путем регулировки тока через твердый электролит этого насоса, после достижения компенсации измеряют токи через исследуемый образец и твердый электролит насоса, по которым с учетом числа переноса твердого электролита насоса находят число переноса ионов кислорода исследуемого образца.

819677

Составитель В. Екаев

Редактор О. Филиппова Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 1257/21 Тираж 907 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

115035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д, 4/5

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство по заявке № 2629388/18-25, кл. G 01 N 27/46, 16.06.78.

2. Неуймин А. Д. и Пальгуев С. Ф.

Исследование числа переноса в твердых электролитах. «Доклады АН СССР», том 143, № 6, 1962, с. 1388 (прототип).