Методика проведения лабораторной работы
Цель работы: Изучение работы низкотемпературного щелочного кислородно-водородного топливного элемента (ЩКВТЭ). Исследование водородного электрода ЩКВТЭ, определение коэффициента диффузии водорода.
Приборы и реактивы: магазин сопротивлений МСР-60М; источник постоянного тока; милливольтметр, электрохимическая ячейка, электродные материалы (гладкая платина, сталь Х18Н10Т, углеродные наноматериалы, фольгированный никель, пористый никель, сетчатый никель), 40% раствор KOH (NaOH).
Подготовка электродов. Металлические электродные материалы промойте дистиллированной водой. В качестве положительного (кислородного) электрода используйте платину или сетчатый никель размером 2х2 см.
Ход выполнения работы. Принцип и основные характеристики работы ЩКВТЭ реализуются в начале его разряда, когда напряжение практически не зависит от времени, т. е. не изменяются концентрации восстановителя и окислителя. Для имитации работы ЩКВТЭ используют электрохимические системы, обратимо аккумулирующие водород и кислород. Водродосорбирующими свойствами обладают электроды, выполненные из пористого и гладкого никеля, наноуглеродных материалов и стали.
Перед изучением работы ЩКВТЭ необходимо провести насыщение выбранных электродных материалов водородом и кислородом.
В электрохимическую ячейку объемом 250 мл, заполненную 40% раствором KOH (NaOH), погрузите промытые водой электроды. Источник тока, милливольтметр подключают в соответствии со схемой, представленной на рис. 11. Для насыщения электродных поверхностей водородом и кислородом проведите электролиз при плотности тока 5 А/см2 в течении 20 минут. Крышка электрохимической ячейки должна иметь отверстия для отвода газов.
1 – электрохимическая ячейка и электролит; 2 – кислородный электрод; 3 – водородный электрод; 4 – капилляр Луггина; 5 – насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения; 6 – милливольтметр; 7 – источник тока;
Рис. 11. – Схема экспериментальной установки
После проведения электролиза отключают источник тока и измеряют напряжение разомкнутой цепи. Полученная таким образом электрохимическая система сохраняет приемлемые для работы характеристики ТЭ в течение 5–10 мин.
По заданию преподавателя выполните один из вариантов.
После получения экспериментальных данных проведите анализ снятых разрядных и вольтамперных характеристик, коэффициента диффузии водорода, сопоставьте их с данными, полученными для платиновых электродов в приведенном ниже примере.
Вариант 1. Определение вольтамперной характеристики (ВАХ) щелочного кислородно-водородного топливного элемента (раздел 2.5, с. 58).
Вариант 2. Изучение разрядной (нагрузочной) характеристики КВЩТЭ и определение водородосорбционной емкости газодиффузионного электрода.
Соберите схему (рис. 2.1, с. 56) и снимите разрядные (нагрузочные) кривые, фиксируя значения силы тока и напряжения через 0,5–1 мин при работе ЩКВТЭ на постоянное сопротивление (10–40 Ом). Полученные экспериментальные данные занесите в таблицу 3.
Таблица 3.