多孔电极课件.ppt

多孔电极

Porouselectrode多孔电极的特点一、优点1.具有比平板电极大得多的反应表面，有利于电化学反应的进行2.给活性物质在充放电过程中体积的收缩和膨胀留有空间，减少了电极的变形和活性物质的脱落或生成枝晶而引起的短路3.有利于在活性物质中加入各种添加剂，得到成分均匀、结构稳定的电极。二、多孔电极的参数1.孔隙率是指多孔物体的孔隙体积和物体的总体积之比.2.比表面比表面是比表面积的简称。根据实际需要，比表面积分为内比表面积、外比表面积、和总比表面积；通常未注明情况下粉体的比表面积是指单位质量粉体颗粒外部表面积和内部孔结构的表面积之和3.孔径是指多孔固体中孔道的形状和大小，其是极不规则的，通常把它视作圆柱形而以其半径来表示孔的大小。4.孔分布是指材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率5.曲折系数孔的长度/多孔体厚度直通孔，曲折孔三、两相多孔电极

“液孔”和“固相”两种网络交织组成的1.欧姆极化-电化学极化混合控制在孔口处，电流值最大，极化大。越向孔内，流过孔截面的电流越小，极化小。说明：电极过程的交换电流越大，电极表观电流密度小，电极孔率越大，电极真实表面积越大，电解液电导越大，温度越高，电极极化越均匀，多孔电极中电流分布越均匀。2.有浓差极化的情况—扩散控制有效扩散系数：与微孔的大小及在孔中位置有关。孔越曲折，孔径越小，有效扩散系数越小。说明：孔径越小，越向孔深处，有效扩散系数越小，极限扩散电流密度越小，i越小。如果工作电流密度较大时孔内的浓度梯度也变大，物质传递的影响更严重，孔内表面上电流分布会更不均匀。可采取的措施：（1）增大孔率和孔径（2）采取措施改善孔内外物质的传递，使孔内电流分布比较均匀，电极内表面得到较好的利用。四、三相多孔电极气体向电极表面输送过程：（1）气体溶解（2）气体向电极表面附近的传质过程（3）气体穿越双电层气、液、固三相的界面处发生，气体反应的消耗以及产物的疏散都需要扩散来实现。扩散是气体电极的重要问题。1.气体扩散电极的特点气体扩散电极的理论基础是“薄液膜理论”（1）双层电极电极由金属粉末和适当的发孔性填料分层压制及烧结制成。靠近气体的一侧是较大孔径的“粗孔层”(30-60微米)，靠近电解液的一侧是较小孔径的“细孔层”(10-20微米)(2)（微孔）隔膜电极电池由两片用催化剂微粒制成的电极与微孔隔膜层结合而成(如石棉纸膜)。(3)疏水（防水、增水）电极通常用催化剂粉末与疏水性材料混合后辗压、喷涂及经过适当的热处理后制成。常用的疏水材料是聚乙烯、聚四氟乙烯等。A）.电化学极化－欧姆极化控制毛细孔内，电流比较集中在靠近电解液一端，越往孔的深处，电流分布越小，甚至为零。电流密度越大，这种电流分布不均匀性越严重。降低极化的措施：合理选择电解液；改变催化层的结构(如增大催化层的孔率和孔径，减小毛细孔的弯曲程度等)；采用高效催化剂，气体扩散电极的催化层常常做得很薄，因为电化学反应主要集中在催化层面向电解液一侧很薄的区域内，厚的催化层对电极性能的改善并没有贡献。B）.扩散控制电流分布集中在毛细孔面向气体的一侧，而在毛细孔面向电解液一侧的孔壁上几乎没有电化学反应发生。C）.扩散-欧姆控制

改善气体扩散：增加憎水剂的含量，但液孔数量下降，液相电阻升高。

减小欧姆极化：减小憎水剂的含量，气孔减小，液孔增加，则液相电阻下降，气体扩散阻力增加。电化学极化-欧姆极化控制：电流多分布于靠近电解液一侧扩散控制：电流多分布于靠近气体的一侧实际：电化学反应最强烈之处，介于二者之间1.在欧姆极化和电化学极化控制时，两相多孔电极中电流分布的特点？如何提高其均匀性？为什么？2.浓差极化控制时，两相多孔电极中电流分布的特点？如何提高其均匀性？为什么？3.气体扩散电极分为几种？其理论基础？**图两相多孔电极及孔内电流分布孔内表面上各点的电极电势相等，i/id为定值图1-8铂电极从4mol/LH2SO4溶液中图1-9电极上的薄膜提出时电流的变化气体扩散电极的基本特点:极限电流密度比全浸没式电极大为增加图1-10双层电极示意图图1-11微孔隔膜电极图1-12疏水电极示意图