Экспериментальные данные, полученные при работе щтэ на различные нагрузки

Время разряда, мин	Uр, В		Iр, А
	Внешнее сопротивление R1= , Oм	Внешнее сопротивление R2= , Oм	Внешнее сопротивление R1= , Oм	Внешнее сопротивление R2= , Oм

По данным таблицы 2 постройте зависимость U_р = f(τ).

Определите средний разрядный ток за время опыта по формуле:

(20)

где I_i – значение тока разряда, А;

n – число измерений.

Водородосорбционную (электрическую) емкость газодиффузионного электрода ТЭ определяют по формуле:

(21)

где I_ср–средний ток разряда, А;

τ– время разряда, с.

Вариант 3. Определение коэффициента диффузии водорода в электродном материале.

Соберите схему (рис. 2.1, с. 56) и измеряйте значения силы тока и потенциала анода через 20 с при работе ЩКВТЭ в течение 5 мин на постоянное сопротивление. Полученные экспериментальные данные занесите в таблицу 4.

Таблица 4.

Экспериментальные данные, полученные при разряде топливного кислородно-водородного элемента

Время разряда, с	Потенциал анода, В		Iр, мА
	Внешнее сопротивление R1= , Oм	Внешнее сопротивление R2= , Oм	Внешнее сопротивление R1= , Oм	Внешнее сопротивление R2= , Oм

Из данных таблицы определите средний ток по формуле (20) и габаритную плотность тока:

i = I_cp/S_габ, (22)

где S_габ – габаритная поверхность электрода, см².

В ЩТЭ на водородном электроде протекает процесс:

Н₂ + 2ОН^– →2H₂O +2e^–. (23)

Равновесный потенциал рассчитывается по уравнению Нернста:

(24)

где – стандартный электродный потенциал, В;

z – количество моль электронов, участвующих в реакции, моль е^–/моль;

– давление водорода, атм;

– активность воды;

– активность гидроксид ионов.

Если считать что =1 атм в условиях работы топливного элемента, то уравнение (2) можно представить в виде:

(25)

Для стандартных условий уравнение записывается в виде:

(26)

Если принять, что активность воды постоянна в ходе реакции и равна 48 (40 % раствор NaOH или КОН), то расчет ведут по формуле:

(27)

Активность ионов в растворах сильных электролитов принимают равной средним ионным активностям растворов электролитов:

(28)

где m – моляльная концентрации сильного электролита моль/кг; – средний ионный стехиометрический коэффициент электролита, определяемый по формуле:

(29)

– средний ионный коэффициент активности сильного электролита при концентрации электролита, равной m [36].

Определив активность электролита, определите E_p по уравнению (27) и далее, используя данные таблицы 3, рассчитайте поляризацию электрода:

ΔE_а = E_i – E_p. (30)

где Е_i – значение потенциала электрода, В.

По полученным данным постройте зависимость ΔE = f() для различных внешних сопротивлений. Такая зависимость называется транзиентом поляризации электрода и при i=const описывается уравнением [37]:

(31)

где ΔЕ – поляризация электрода под током, В;

– составляющая поляризации электрода, связанная с переносом заряда через границу раздела электрод/электролит, В;

i – средняя плотность тока разряда, А/см²;

τ – время разряда, с,

n – число моль электронов, участвующих в реакции, моль е^–/моль;

F – число Фарадея, равное 96486 Кл/моль;

– производная потенциала электрода Е по активности, Всм³/моль;

D – коэффициент диффузии водорода, см²/с.

Функция транзиента поляризации электрода является линейной (рис. 4), тангенс угла наклона которой можно определить по графику:

(32)

С другой стороны из уравнения (31) с учетом линейной зависимости поляризации от τ^0,5, tg α равен следующему выражению:

(33)

Из уравнения (33) выражаем коэффициент диффузии:

(34)

Значение производной потенциала по концентрации гидроксид ионов в условиях работы ТЭ, когда и постоянны, находится из уравнения (25):

(35)

где – концентрация гидроксид ионов моль/см³.

Результаты расчета заносим в таблицу 3.

Таблица 3.