Спосіб визначення протонної провідності мембран

Реферат: Спосіб визначення протонної провідності мембран включає використання двокамерної електрохімічної комірки, камери якої розділені мембраною, та електропровідного порошку, залитого водним розчином електроліту, в порошок введені графітові електроди, а до електродів підведена постійна електрична напруга. При здійсненні способу камери нахиляють під кутом до вертикальної площини, а величину тиску порошку на мембрану регулюють зміною висоти стовпа порошку. Як джерело протонів використовують водний розчин соляної кислоти. UA 69311 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ПРОТОННОЇ ПРОВІДНОСТІ МЕМБРАН UA 69311 U UA 69311 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів визначення протонної провідності мембран, які широко використовуються в паливних елементах, датчиках тощо. Відомі способи передбачають застосування проходження перемінного чи постійного електричного струму через електрохімічну комірку [1]. Але застосування перемінного струму значно ускладнює вимірювальну схему, а вибір еквівалентних електричних схем рідко призводить до побудови моделі, яка в достатній мірі відповідає реальним процесам в електрохімічній комірці. При використанні постійного електричного струму у двокамерній електрохімічній комірці найчастіше використовують платинові платиновані електроди в розчинах електролітів. При цьому використання платини суттєво збільшує вартість вимірювальної установки. В тому випадку, коли платинові електроди контактують з мембраною, вони повинні бути виготовлені поруватими, а щільність прилягання їх до мембрани та необхідну величину тиску між мембраною та електродами потрібно забезпечувати спеціальними пристроями. Використання ртутних електродів, які забезпечують щільне прилягання до мембрани, утруднює доступ розчину електроліту до мембрани, та в ряді випадків неприпустимо із-за токсичності ртуті. Задачею даної корисної моделі є розробка способу визначення протонної провідності мембран із застосуванням постійного струму, в якому не використовуються дорогоцінні та токсичні компоненти в елементах вимірювальних схем та в розчинах електролітів постачальників протонів, а щільність прилягання електродів до мембрани та необхідна величина тиску між мембраною та електродами регулюються тільки зміною висоти стовпа поруватого у вигляді порошку електропровідного матеріалу електродів. Поставлена задача вирішується застосуванням способу визначення протонної провідності мембран, який відрізняється тим, що включає використання двокамерної електрохімічної комірки, камери якої розділені мембраною, та насипаного електропровідного порошку, залитого водним розчином електроліту, в порошок введені графітові електроди, а до електродів підведена постійна електрична напруга, де при здійсненні способу камери нахиляють під таким кутом до вертикальної площини, який забезпечує вільний зсув електропровідного порошку до мембрани з обох боків, а величину тиску порошку на мембрану регулюють зміною висоти стовпа порошку, та як джерело протонів використовують водний розчин соляної кислоти з концентрацією 0,5 мас. %, що залитий в обидві камери на висоту стовпа електропровідного порошку. Суть корисної моделі пояснюється конкретними прикладами виконання. На кресленні представлена схема для здійснення способу із використанням двокамерної електрохімічної комірки. Комірка включає в себе дві циліндричні, щілинні чи іншого виду поперечного перетину камери 2 та 3 рівного об'єму. Ці камери нахилені під однаковим певним кутом А до вертикальної площини. Цей кут забезпечує вільний зсув поруватого електропровідного порошку до мембрани з обох сторін та щільний контакт його з мембраною. Камери розділені мембраною 1, протонна провідність якої вимірюється. В камери на однакову висоту засипаний електропровідний порошок. Цей порошок залитий водним розчином соляної кислоти з концентрацією 0,5 мас. %, який і є донором протонів. Концентрація соляної кислоти не повинна перевищувати 0,5 мас. %, тому що така концентрація відповідає нетоксичному і безпечному фізіологічному розчину, що широко використовується у медицині та фармацевтиці. В електропровідний порошок обох камер на однакову глибину введені графітові стержні 4 та 5, до яких підведена постійна електрична напруга. Величина електричного опору мембрани визначається як різниця між величиною електричного опору комірки з мембраною і електричного опору комірки без мембрани. Нижче приводиться приклад реалізації пропонованої корисної моделі. Камери комірки, які показані на кресленні, виготовляють зі скляних трубок внутрішнім діаметром 10 мм та встановлюють під кутом А, який дорівнює 20 градусів. В камери на однакову висоту засипаний електропровідний порошок, який залитий водним розчином соляної кислоти з концентрацією 0,5 мас. %. Як поруватий електропровідний порошок використовують активоване вугілля з питомою 2 поверхнею 500 м /г. В електропровідний порошок обох камер на однакову глибину вводять стержні 4 та 5 з електродного графіту, до яких підводять постійну електричну напругу в 1 В. Спочатку вимірюють електричний опір комірки без мембрани. Він становив 24 Ом. 1 UA 69311 U 6 5 10 15 20 Електричний опір комірки з мембраною ПА-24 становив 1,5·10 Ом. Різниця між електричним опором комірки з мембраною і електричним опором комірки без мембрани становить електричний опір самої мембрани в даній вимірювальній схемі і в нашому випадку 6 становить приблизно ті ж 1,5·10 Ом. Відмінною ознакою, яка характеризує дану корисну модель, є використання недорогих та нетоксичних компонентів в елементах електричних схем для визначення протонної провідності мембран та в розчинах електролітів постачальників протонів. При цьому щільність прилягання електродів до мембрани та необхідна величина тиску між мембраною та електродами регулюються тільки зміною висоти стовпа насипаного в комірки електропровідного порошку. Таким чином, застосовування способу дозволяє отримати позитивний ефект, який полягає у суттєвому здешевленні електрохімічних комірок для вимірювання протонної провідності мембран. Також виключається використання токсичних компонентів. Зменшується вплив подвійних електричних шарів, які створюються на границях розділу фаз, на результати вимірювань. Даний спосіб може бути застосований для тестування мембран провідників протонів в процесах їх вивчення, виготовлення та використання. Джерела інформації: 1. Карпенко Л.В., Демина О.А., Дворкина Г.А., Паршиков С.Б., Ларше К., Оклер Б., Березина Н.П. Сравнительное изучение методов определения удельной электропроводности ионообменных мембран // Электрохимия. - 2001. - Том 37, №3. - С. 328-335. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб визначення протонної провідності мембран, який відрізняється тим, що включає використання двокамерної електрохімічної комірки, камери якої розділені мембраною, та насипаного електропровідного порошку, залитого водним розчином електроліту, в порошок введені графітові електроди, а до електродів підведена постійна електрична напруга, де при здійсненні способу камери нахиляють під таким кутом до вертикальної площини, який забезпечує вільний зсув електропровідного порошку до мембрани з обох боків, а величину тиску порошку на мембрану регулюють зміною висоти стовпа порошку, та як джерело протонів використовують водний розчин соляної кислоти з концентрацією 0,5 мас. %, що залитий в обидві камери на висоту стовпа електропровідного порошку. Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2