ОДНОКАМЕРНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
SINGLE CELL FOR ELECTROCHEMICAL SYSTEMS

Область техники.
Настоящее изобретение относится к области создания измерительных ячеек для исследования электрохимических систем, таких как литий-ионные аккумуляторы, металл-воздушные аккумуляторы, суперконденсаторы, полимерные топливные элементы и т.п.
Уровень техники.
Известна однокамерная ячейка с газовым вводом [1] для электрохимических измерений с жидким электролитом, в которую помещают катод и анод, разделенные полупроницаемым изолирующим сепаратором, имеющая ввод для подачи и отвода необходимых газов. Недостатком данного технического решения является невозможность проводить электрохимические измерения с применением твердых ион-проводящих мембран.
Известна также однокамерная герметичная измерительная ячейка [2], выбранная в качестве ближайшего прототипа нашего изобретения, содержащая металлический корпус, металлическую крышку, герметизирующее кольцо между корпусом и крышкой, изолирующий цилиндр, помещенный внутри указанного корпуса, металлическую пружину, помещенную внутрь указанного изолирующего цилиндра и опирающуюся на указанную крышку, и электропроводящий поршень, расположенный на другом конце пружины с возможностью скольжения по внутренней поверхности указанного цилиндра. Недостатками данной ячейки являются: отсутствие канала для ввода-вывода газов, невозможность проводить трехэлектродные измерения, невозможность проводить электрохимические измерения с применением твердых ион-проводящих мембран и др.
Описание изобретения.
Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и создание однокамерной ячейки для электрохимических систем, с применением которой становится возможным проведение исследований электрохимических систем с поглощением-выделением газа, с применением твердых ион-проводящих мембран, а также трехэлектродных измерений, существенно увеличивающих точность измерений при проведении указанных исследований.
Указанная цель достигается за счет того, что в предлагаемой однокамерной ячейке для электрохимических систем, содержащей корпус, крышку, герметизирующее кольцо, металлический поршень с металлической пружиной, разнополярные электроды с выводами для подключения к электрическим приборам и средства крепления, указанный корпус выполнен из электроизоляционного материала, указанная крышка, также выполненная из электроизоляционного материала, содержит металлическую вставку и за счет того, что ячейка дополнительно содержит металлическую основу, размещенную между указанной крышкой с металлической вставкой и указанным корпусом так, что указанное герметизирующее кольцо помещается между указанными корпусом, крышкой и вставкой, и за счет того, что ячейка дополнительно содержит вторую крышку с цилиндрическим выступом, выполненную из металла, и второе герметизирующее кольцо, размещенное между указанным корпусом и указанной второй крышкой, на цилиндрическом выступе которого размещена пружина, несущая на другом конце поршень. Указанная цель достигается также за счет того, что в указанном корпусе ячейки, а также в ее указанной второй крышке выполнены отверстия для газа, а указанный поршень выполнен перфорированным, а также за счет того, что в указанном корпусе, а также в указанной второй крышке выполнены отверстия для газа, а указанный поршень выполнен пефорированным, и за счет того, что на цилиндрический выступ указанной второй крышки плотно надет стакан с перфорированным дном, а указанная пружина размещена на внешней цилиндрической поверхности указанного стакана, и, наконец, за счет того, что в указанный корпус вставлено металлическое гнездо - электрод с выводом для подключения к электрическим приборам, на которое опирается вторая пружина, на другом конце которой расположен второй поршень, причем и вторая пружина, и второй поршень, имеющие, как правило, меньшие размеры, чем указанные пружина и поршень, размещены в полости, выработанной в стенке указанного корпуса так, что указанный второй поршень может контактировать с поверхностью указанной металлической основы.
На фиг.1 представлено схематическое изображение предлагаемой однокамерной ячейки для электрохимических систем,
где 1 - корпус,
2 - металлическая основа,
3 - пружина,
4 - поршень,
5 - крышка,
6 - вторая крышка,
7 - герметизирующее кольцо,
8 - второе герметизирующее кольцо,
9, 10 - средства крепления,
11,12 - разъемы для присоединения к электрическим приборам,
13, 14 - отверстия для ввода-отвода газов,
15 - стакан,
16 - вторая пружина,
17 - второй поршень,
18 - гнездо для контакта с измерительными приборами.
Материалы, из которых изготавливаются детали предлагаемой ячейки, выбираются химически стойкими по отношению химическим реагентам и веществам, составляющим исследуемые электрохимические системы, или покрываются такими материалами.
Экспериментальный образец предлагаемой однокамерной ячейки для электрохимических систем был изготовлен заявителями, с помощью которого была продемонстрирована работоспособность предлагаемого устройства.
Исследования электрохимических систем на примере определения удельной емкости цинк-кислородной системы с применением предлагаемой однокамерной ячейки проводятся следующим образом.
Цинковый электрод помещается на металлическую вставку в крышке из электроизоляционного материала (5), сверху на цинковый электрод помещается сепаратор. На второй поршень (17), находящийся в корпусе (1), помещается цинковый электрод сравнения, который служит для корректного измерения потенциала электрохимической ячейки. Затем корпус (1) присоединяется к крышке (5) с помощью средства крепления (9) таким образом, чтобы электрод сравнения имел контакт с металлической основой (2). Сепаратор пропитывается электролитом (водным раствором гидроксида калия), на сепаратор помещается второй электрод (углерод, нанесенный на металлическую сетку). На электрод помещается перфорированный поршень (4), который прижимается к электроду с помощью пружины (3) и металлической крышки (6), которая соединяется с корпусом (1) при помощи средства крепления (10). В отверстия для газовых выводов (13, 14) при помощи герметизирующих ферул вставляются капилляры, через один из которых осуществляется подвод кислорода из газового баллона, а через другой обеспечивается выход кислорода из ячейки. К разъемам для контактов (11, 12, 18) подключается измерительный прибор (гальваностат), который производит измерение напряжения в зависимости от времени при протекании постоянного тока через ячейку. В ходе анализа полученной гальваностатической кривой можно определить удельную емкость исследуемой электрохимической системы.
Литература
1. US 4969981, 13.11.1990.
2. CN 200520107943U, 13.05.2005.