RU2579183C1 - Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes - Google Patents

Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes Download PDF

Info

Publication number
RU2579183C1
RU2579183C1 RU2014151546/28A RU2014151546A RU2579183C1 RU 2579183 C1 RU2579183 C1 RU 2579183C1 RU 2014151546/28 A RU2014151546/28 A RU 2014151546/28A RU 2014151546 A RU2014151546 A RU 2014151546A RU 2579183 C1 RU2579183 C1 RU 2579183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
diffusion coefficient
solid electrolyte
cell
diffusion
Prior art date
Application number
RU2014151546/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Сергеевич Калякин
Геннадий Иванович Фадеев
Анатолий Константинович Демин
Александр Николаевич Волков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority to RU2014151546/28A priority Critical patent/RU2579183C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579183C1 publication Critical patent/RU2579183C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: according to the invention the gas flow with known content of the analysed gas in a mixture with nitrogen or other inert gas is equipped with electrochemical cell with cavity formed by tightly connected two discs of solid electrolyte with two pairs of electrodes located on opposite surfaces of these discs. FDC voltage is fed to electrodes of the value of 300-500 mV and polarity, providing for pumping of the analysed gas from the cavity of electrochemical cell in ambient gas medium followed by measuring located on its second end occurring in the cell, which is determined by diffusion flow of the analysed gas through solid electrolyte, and based on measured value of limit current the diffusion coefficient of the analysed gas in solid electrolyte is determined in accordance with given equation.
EFFECT: invention can be used for measurement of values of coefficients of diffusion in solid electrolytes with conductivity ions of analyzed gases, such as hydrogen, oxygen, fluorine, chlorine and some other.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для измерения значений коэффициентов диффузии в твердых электролитах, обладающих проводимостью по ионам исследуемых газов, таких, например, как водород, кислород, фтор, хлор и некоторые другие.The invention relates to an analytical technique and can be used to measure diffusion coefficients in solid electrolytes having ion conductivity of the studied gases, such as, for example, hydrogen, oxygen, fluorine, chlorine, and some others.

Изучение свойств веществ является неотъемлемой частью исследования строения материи. Знание свойств веществ необходимо также для расчета таких технологических устройств и установок, как топливные элементы на твердых электролитах, твердоэлектролитные электролизеры газов, твердоэлектролитных аналитических устройств. В настоящее время известны несколько способы, позволяющие определить коэффициент диффузии газов в твердых веществах. Практически все экспериментальные методы определения коэффициента диффузии содержат два основных момента: приведение в контакт диффундирующих веществ и анализ состава веществ, измененного диффузией. Состав, то есть концентрацию продиффундировавшего вещества определяют химически, оптически (по изменению показателя преломления или поглощения света), масс-спектрометрические, методом меченых атомов и др.The study of the properties of substances is an integral part of the study of the structure of matter. Knowledge of the properties of substances is also necessary for the calculation of technological devices and installations such as solid electrolyte fuel cells, solid electrolytic gas electrolyzers, and solid electrolytic analytical devices. Currently, several methods are known for determining the diffusion coefficient of gases in solids. Almost all experimental methods for determining the diffusion coefficient contain two main points: bringing into contact of diffusing substances and analysis of the composition of substances changed by diffusion. The composition, i.e. the concentration of the diffused substance, is determined chemically, optically (by changing the refractive index or light absorption), mass spectrometric, by the method of labeled atoms, etc.

Диффузию в твердых телах в настоящее время наиболее эффективно изучают с использованием "меченых атомов". Для таких исследований на поверхность вещества наносят определенное количество радиоактивных меченых атомов. Затем образец выдерживают при заданной температуре в течение времени достаточного для диффузии "меченых атомов" на глубину порядка 0,3-1 мм. Затем измеряют активность образца. После удаления шлифованием слоя вещества заданной толщины снова измеряют активность образца, и так несколько раз. Таким образом можно определить среднюю глубину проникновения "меченых атомов" в вещество и вычислить коэффициент диффузии D при заданной температуре. Проделав серию опытов при различных температурах можно определить параметры D0 и Еа формулы (1). Общим для всех случаев диффузии является экспоненциальная зависимость коэффициента диффузии от температуры вида:Diffusion in solids is currently most effectively studied using labeled atoms. For such studies, a certain amount of radioactive labeled atoms is applied to the surface of a substance. Then the sample is kept at a given temperature for a time sufficient for the diffusion of "labeled atoms" to a depth of about 0.3-1 mm. Then measure the activity of the sample. After removing by grinding a layer of a substance of a given thickness, the activity of the sample is again measured, and so on several times. Thus, it is possible to determine the average penetration depth of “labeled atoms” into a substance and calculate the diffusion coefficient D at a given temperature. Having done a series of experiments at various temperatures, we can determine the parameters D 0 and E a of formula (1). Common to all cases of diffusion is the exponential dependence of the diffusion coefficient on the temperature of the form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где параметры D0 и Еа измерены экспериментально для каждой пары: диффундирующий элемент - вещество, в котором происходит диффузия (электронный ресурс // www.http://BestReferat.ru, реферат «Явление переноса в твердых телах» [1], Бекман И.Н. «Радиохимические методы исследования состояния и диффузии газов в твердых телах», Ж. Физическая химия, т. 54, №11 (1980) 2780-2790 [2]. 0 where the parameters D and E as measured experimentally for each pair: diffusing element - a substance in which diffusion occurs (electronic resource // www.http: //BestReferat.ru, abstract "Transport Phenomena in Solids" [1], Beckman I. N. “Radiochemical methods for studying the state and diffusion of gases in solids,” J. Physical Chemistry, vol. 54, No. 11 (1980) 2780-2790 [2].

Различия методов по определению диффузии в твердом теле сводятся к тому, что используются разные методы анализа продиффундировавшего вещества. При этом для всех методов характерна трудоемкость процесса, которая требует снятия слоя за слоем образца твердого тела и анализ в каждом срезе диффундирующего вещества, а также сложность аналитического оборудования. Кроме того, точность этих методов чрезвычайно низка, а результаты требуют статистической обработки.The differences in the methods for determining diffusion in a solid are reduced to the fact that different methods are used to analyze the diffused substance. Moreover, all methods are characterized by the complexity of the process, which requires the removal of layer after layer of solid sample and analysis in each section of the diffusing substance, as well as the complexity of the analytical equipment. In addition, the accuracy of these methods is extremely low, and the results require statistical processing.

Известен способ изучения динамики поведения паров веществ над твердыми телами (Патент RU 2145430, публ. 10.02.2000) [3], основанный на использовании диффузии исследуемого вещества. Согласно данному способу формируют замкнутую систему с датчиком-накопителем и контролируют величину сигнала. При этом замкнутое пространство формируют на поверхности твердого тела таким образом, чтобы диффузия исследуемого вещества протекала внутри него. В этом же пространстве размещают датчик-накопитель, исключая его соприкосновение с твердым телом, величину сигнала контролируют по изменяющимся параметрам сорбента.A known method of studying the dynamics of the behavior of vapor of substances over solids (Patent RU 2145430, publ. 10.02.2000) [3], based on the use of diffusion of the test substance. According to this method, a closed system is formed with a storage sensor and the signal magnitude is controlled. In this case, a closed space is formed on the surface of a solid so that the diffusion of the test substance proceeds inside it. A sensor-drive is placed in the same space, excluding its contact with a solid, the signal value is controlled by the changing parameters of the sorbent.

Помимо того, что данный способ характеризуется сложностью, трудоемкостью и требует специальной аналитической аппаратуры, он позволяет определять коэффициент диффузии вещества только при комнатной температуре.In addition to the fact that this method is characterized by complexity, complexity and requires special analytical equipment, it allows you to determine the diffusion coefficient of a substance only at room temperature.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения коэффициента диффузии в металлах и электролитах (SU 1141311, публ. 23.12.183) [4]. Согласно данному способу через границу раздела фаз «электролит-электрод» пропускают электрический ток, плотность которого экспоненциально изменяют во времени от заданного начального значения, измеряют зависимость поляризации электрода от времени и вычисляют коэффициент диффузии, при этом плотность тока уменьшают во времени, измеряют поляризацию электрода в момент достижения экстремального значения, а коэффициент диффузии рассчитывают по уравнению:Closest to the claimed invention is a method for determining the diffusion coefficient in metals and electrolytes (SU 1141311, publ. 23.12.183) [4]. According to this method, an electric current is passed through the phase boundary “electrolyte-electrode”, the density of which exponentially changes in time from a given initial value, the dependence of the polarization of the electrode on time is measured and the diffusion coefficient is calculated, while the current density is reduced in time, the polarization of the electrode is measured in the moment of reaching the extreme value, and the diffusion coefficient is calculated by the equation:

Figure 00000002
Figure 00000002

где D - коэффициент диффузии изучаемого реагента, см/с;where D is the diffusion coefficient of the studied reagent, cm / s;

In - начальная плотность тока, А/см2;In is the initial current density, A / cm 2 ;

Z - количество электронов, приходящихся на одну диффузионную частицу;Z is the number of electrons per one diffusion particle;

F - константа Фарадея, Кл/г-экв.;F - Faraday constant, CL / g-eq .;

Cv - объемная концентрация изучаемого реагента, моль/см3;Cv is the volume concentration of the studied reagent, mol / cm 3 ;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);R is the universal gas constant, J / (mol · K);

Т - абсолютная температура, К;T is the absolute temperature, K;

τ - характеристическое время уменьшения тока, с;τ is the characteristic time of current decrease, s;

r - экстремальное значение поляризации, В.r is the extreme value of polarization, V.

Использование в известном способе зависимости величины поляризации электрода от времени не может обеспечить высокую точность определения коэффициента диффузии, т.к. поляризация электрода зависит от материала электрода, технологии его изготовления, метода измерения поляризации и других факторов. Иными словами, величина поляризации электрода является плохо воспроизводимой, что определяет низкую точность измерения.The use in the known method of the dependence of the polarization of the electrode on time cannot provide high accuracy in determining the diffusion coefficient, because The polarization of the electrode depends on the material of the electrode, its manufacturing technology, the method of measuring polarization, and other factors. In other words, the polarization value of the electrode is poorly reproducible, which determines a low measurement accuracy.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении точности определения коэффициента диффузии газа в твердых электролитах в широком температурном диапазоне при снижении трудоемкости процесса.The objective of the present invention is to improve the accuracy of determining the diffusion coefficient of gas in solid electrolytes in a wide temperature range while reducing the complexity of the process.

Для решения поставленной задачи предложен способ определения коэффициента диффузии газов в твердых электролитах, в котором в газовый поток с известным содержанием исследуемого газа, находящегося в смеси с азотом или иным инертным газом, помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованную герметично соединенными между собой двумя дисками из твердого электролита с двумя парами электродов, расположенных на противоположных поверхностях этих дисков, к электродам подают напряжение постоянного тока величиной 300-500 мВ и полярностью, обеспечивающую откачку исследуемого газа из полости электрохимической ячейки в окружающею газовую среду, измеряют величину возникающего в ячейке предельного тока, которая определяется диффузионным потоком исследуемого газа через твердый электролит, и по измеренной величине предельного тока рассчитывают коэффициент диффузии исследуемого газа в твердом электролите в соответствии с уравнением:To solve this problem, a method for determining the diffusion coefficient of gases in solid electrolytes is proposed, in which an electrochemical cell with a cavity formed by hermetically connected two solid-state disks is placed in a gas stream with a known content of the test gas mixed with nitrogen or other inert gas an electrolyte with two pairs of electrodes located on opposite surfaces of these disks, a direct voltage of 300-500 mV and a polarity of about ensuring the pumping of the test gas from the cavity of the electrochemical cell into the surrounding gas medium, measure the value of the limiting current arising in the cell, which is determined by the diffusion flow of the test gas through the solid electrolyte, and the diffusion coefficient of the test gas in the solid electrolyte is calculated from the measured limit current in accordance with the equation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Iпредельный - предельный ток ячейки;where I limit - the limit current of the cell;

Dk,I - коэффициент диффузии Кнудсена для газа через твердый электролит,D k, I is the Knudsen diffusion coefficient for gas through a solid electrolyte,

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);R is the universal gas constant, J / (mol · K);

Т - абсолютная температура, К;T is the absolute temperature, K;

F - константа Фарадея, Кл/г-экв.;F - Faraday constant, CL / g-eq .;

Р - общее давление газа, атм.P is the total gas pressure, atm.

Сущность заявленного способа заключается в следующем. Газовая смесь, содержащая известное количество исследуемого газа в азоте или ином инертном газе, омывает электрохимическую ячейку из твердого электролита, обладающего селективной проводимостью по ионам исследуемого газа. Электрохимическая ячейка прогревается в термостате или анализируемым газом до заданной температуры в пределах от 400 до 700°C. Исследуемый газ по диффузионному механизму через поры твердого электролита попадает во внутреннюю полость электрохимической ячейки. Под действием напряжения постоянного тока, подаваемого к электродам ячейки, происходит откачка исследуемого газа из полости ячейки в газовый поток, омывающий ячейку. При подаче на ячейку напряжения в пределах 300-500 мВ из газовой смеси, находящейся в полости ячейки, откачивается практически весь исследуемый газ и ячейка начинает работать в стационарном режиме, при котором весь продиффундировавший газ откачивается и устанавливается равновесие между газовой фазой в полости ячейки и газовой смесью, омывающей ячейку. Откачка исследуемого газа из полости электрохимической ячейки в окружающую газовую среду обеспечивается полярностью напряжения постоянного тока, подаваемого к электродам ячейки. Например, при определении коэффициента диффузии кислорода в твердых электролитах к электродам подают напряжение с полярностью «плюс», а при определении коэффициента диффузии водорода в твердых электролитах к электродам подают напряжение с полярностью «минус». Ток откачки достигает определенной величины, которая обусловлена газообменом между газовой средой, омывающей ячейку, и газом в полости самой ячейки. Величина предельного тока лимитируемая диффузионным барьером, роль которого выполняют поры в теле твердого электролита, подчиняется известному уравнению. Согласно (Иванов-Шиц, И.В. Мурин, «Ионика твердого тела», том. 2, С-Петербург, 1210, с. 965) [5] для кислорода, например,The essence of the claimed method is as follows. A gas mixture containing a known amount of the test gas in nitrogen or another inert gas washes an electrochemical cell from a solid electrolyte having selective conductivity over the ions of the test gas. The electrochemical cell is heated in a thermostat or with the analyzed gas to a predetermined temperature in the range from 400 to 700 ° C. The gas under study diffuses through the pores of the solid electrolyte into the internal cavity of the electrochemical cell. Under the action of a DC voltage supplied to the electrodes of the cell, the test gas is pumped out from the cell cavity into the gas stream washing the cell. When a voltage of 300-500 mV is applied to the cell, almost all of the test gas is pumped out of the gas mixture in the cell cavity and the cell begins to operate in a stationary mode, in which all diffused gas is pumped out and an equilibrium is established between the gas phase in the cell cavity and the gas a mixture washing the cell. Pumping of the test gas from the cavity of the electrochemical cell into the surrounding gas environment is provided by the polarity of the DC voltage supplied to the electrodes of the cell. For example, when determining the diffusion coefficient of oxygen in solid electrolytes, a voltage with a polarity of "plus" is applied to the electrodes, and when determining the coefficient of diffusion of hydrogen in solid electrolytes, a voltage with a polarity of "minus" is applied to the electrodes. The pumping current reaches a certain value, which is due to gas exchange between the gaseous medium washing the cell and the gas in the cavity of the cell itself. The value of the limiting current is limited by the diffusion barrier, the role of which is played by the pores in the body of a solid electrolyte, obeys the well-known equation. According to (Ivanov-Shits, I.V. Murin, “Solid State Ionics”, vol. 2, St. Petersburg, 1210, p. 965) [5] for oxygen, for example,

Figure 00000004
Figure 00000004

Iпредельный - предельный ток ячейки;I limit - the limiting current of the cell;

Dk,I - коэффициент диффузии Кнудсена для газа через твердый электролит;D k, I is the Knudsen diffusion coefficient for gas through a solid electrolyte;

S - эффективное поперечное сечение пор;S is the effective cross section of pores;

l - эффективная длина пор.l is the effective pore length.

Исходя из предположения, что поры по форме близки к сферической форме, уравнение (3) упростится и примет вид:Based on the assumption that the pores are close in shape to a spherical shape, equation (3) will simplify and take the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

В соответствии с уравнением (4) достаточно легко вычислить величину коэффициента диффузии исследуемого газа через твердый электролит, обладающий проводимостью по ионам данного газа. Зная содержание исследуемого газа в газовой смеси (ХO2), омывающей ячейку, и получив соответствующую ей величину предельного тока (Iпредельный), по уравнению (4) рассчитывают коэффициент диффузии (Dk,O2) исследуемого газа через данный твердый электролит при заданной температуре. При этом следует отметить, что в уравнениях (3, 4) все значения или постоянные (R, F), или измеренные с высокой точностью (Т, ХO2), что обеспечивает высокую точность самого способа измерения. Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в высокой точности определения коэффициента диффузии исследуемых газов через твердые электролиты, обладающие проводимостью по ионам исследуемого газа, простым устройством на базе ряда известных твердых электролитов с ионной проводимостью.In accordance with equation (4), it is quite easy to calculate the value of the diffusion coefficient of the test gas through a solid electrolyte having a conductivity over the ions of this gas. Knowing the content of the test gas in the gas mixture (X O2 ) washing the cell and obtaining the corresponding limiting current value (I limit ), the diffusion coefficient (D k, O2 ) of the test gas through the given solid electrolyte at a given temperature is calculated by equation (4) . It should be noted that in equations (3, 4) all values are either constants (R, F) or measured with high accuracy (T, X O2 ), which ensures high accuracy of the measurement method itself. A new technical result achieved by the claimed invention lies in the high accuracy of determining the diffusion coefficient of the studied gases through solid electrolytes having ion conductivity of the test gas, a simple device based on a number of known solid electrolytes with ionic conductivity.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена электрохимическая ячейка для реализации способа; на фиг. 2 - вольт-амперная зависимость электрохимической ячейки для 0,7 об.%. водорода в азоте для температур исследуемого газа 400 и 425°C при напряжении постоянного тока 300-500 мВ; на фиг. 3 - таблица значений коэффициента диффузии Н- от температуры исследуемого газа.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an electrochemical cell for implementing the method; in FIG. 2 - current-voltage dependence of the electrochemical cell for 0.7 vol.%. hydrogen in nitrogen for temperatures of the test gas of 400 and 425 ° C at a DC voltage of 300-500 mV; in FIG. 3 - a table of values of the diffusion coefficient N - from the temperature of the test gas.

Электрохимическая ячейка длиной 0,06 см и сечением 0,94 см2 состоит из двух дисков 1 из твердого электролита состава CaZr0,95Sc0,05O3, обладающего проводимостью по ионам Н-. Диски соединены между собой газоплотным герметиком 2 с образованием внутренней полости 3. На противоположных поверхностях каждого из дисков 1 расположены по одному внутреннему электроду 4 и по одному наружному электроду 5. Внутренние электроды 4 обеих ячеек закорочены между собой, как и наружные 5. Подача напряжения на электроды 4 и 5 осуществляется от источника напряжения постоянного тока (ИТ). Ток, возникающий в цепи, измеряется амперметром (А). Электрохимическая ячейка помещена в газовый поток, содержащий смесь исследуемого газа, состоящая из 0,7 об.% водорода в азоте.The electrochemical cell with a length of 0.06 cm and a cross section of 0.94 cm 2 consists of two disks 1 of a solid electrolyte of the composition CaZr 0.95 Sc 0.05 O 3 having a conductivity of H - ions. The disks are interconnected by a gas tight sealant 2 with the formation of an internal cavity 3. On the opposite surfaces of each of the disks 1, one inner electrode 4 and one outer electrode 5 are located. The inner electrodes 4 of both cells are shorted together, as are the outer ones 5. Supply voltage to electrodes 4 and 5 are carried out from a direct current (IT) voltage source. The current generated in the circuit is measured with an ammeter (A). The electrochemical cell is placed in a gas stream containing a mixture of the test gas, consisting of 0.7 vol.% Hydrogen in nitrogen.

Газовый поток омывает наружную поверхность ячейки и по диффузионному механизму через твердый электролит 1 поступает во внутреннюю полость ячейки 3. Под действием напряжения постоянного тока 300-500 мВ (см. фиг 2, линии I, II), приложенного от источника (ИТ) к электродам 4 и 5, идет откачка исследуемого газа из полости ячейки 3 в окружающую газовую среду. При этом сам твердый электролит 1 электрохимической ячейки является диффузионным барьером, лимитирующим этот газовый поток обмена. Этому потоку обмена будет соответствовать и измеряемый амперметром (А) ток. При достижении приложенного напряжения величины в 400 мВ, газообмен между полостью устройства и газовой смесью омывающей ячейку стабилизируется и в цепи устанавливается предельный диффузионный ток - Iпредельный, который измеряется с помощью амперметра (А). Посредством уравнения (4) по измеренной величине - Iпредельный и известному значению X (исследуемый газ), рассчитывают величину Dk,I - коэффициент диффузии Кнудсена для исследуемого газа через твердый электролит. Рассчитанный по уравнению (5) коэффициент диффузии водорода для ячейки из электролита состава CaZr0.95Sc0.05O3 L=0.06 см, S=0,94 см2 при температуре исследуемого газа составляет 425°C составляет 550 см2/с, а при температуре исследуемого газа 400°C - 250 см2/с.The gas stream washes the outer surface of the cell and through the diffusion mechanism through the solid electrolyte 1 enters the inner cavity of the cell 3. Under the action of a DC voltage of 300-500 mV (see Fig. 2, lines I, II) applied from the source (IT) to the electrodes 4 and 5, there is a pumping of the test gas from the cavity of the cell 3 into the surrounding gas environment. In this case, the solid electrolyte 1 of the electrochemical cell itself is a diffusion barrier that limits this gas exchange flow. The current measured by the ammeter (A) will correspond to this exchange flow. Upon reaching the magnitude of the applied voltage of 400 mV, the gas exchange between the cavity of the device and washing the cell gas mixture is stabilized and the connection is established limiting diffusion current - I limit, which is measured with an ammeter (A). Using equation (4) from the measured value — I is the limit and the known value of X (test gas) , calculate the value of D k, I is the Knudsen diffusion coefficient for the test gas through a solid electrolyte. The hydrogen diffusion coefficient calculated by Eq. (5) for a cell from an electrolyte of the composition CaZr 0.95 Sc 0.05 O 3 L = 0.06 cm, S = 0.94 cm 2 at a temperature of the studied gas is 425 ° C is 550 cm 2 / s, and at a temperature test gas 400 ° C - 250 cm 2 / s.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет не трудоемким способом с высокой точностью определить коэффициент диффузии исследуемого газа через твердый электролит в широком температурном диапазоне.Thus, the claimed invention allows not a laborious method to determine with high accuracy the diffusion coefficient of the test gas through a solid electrolyte in a wide temperature range.

Claims (1)

Способ определения коэффициента диффузии газов в твердых электролитах, включающий пропускание электрического тока через границу раздела фаз «электролит-электрод» и вычисление коэффициента диффузии, отличающийся тем, что в газовый поток с известным содержанием исследуемого газа, находящегося в смеси с азотом или иным инертным газом, помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованную герметично соединенными между собой двумя дисками из твердого электролита с двумя парами электродов, расположенных на противоположных поверхностях этих дисков, к электродам подают напряжение постоянного тока величиной 300-500 мВ и полярностью, обеспечивающей откачку исследуемого газа из полости электрохимической ячейки в окружающую газовую среду, измеряют величину возникающего в ячейке предельного тока, которая определяется диффузионным потоком исследуемого газа через твердый электролит, и по измеренной величине предельного тока рассчитывают коэффициент диффузии исследуемого газа в твердом электролите в соответствии с уравнением
Figure 00000006

где Dk,I - коэффициент диффузии Кнудсена для газа через твердый электролит;
Iпредельный - предельный ток ячейки;
R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);
Т - абсолютная температура, К;
F - константа Фарадея, Кл/г-экв.;
Р - общее давление газа, атм.
A method for determining the diffusion coefficient of gases in solid electrolytes, including passing an electric current through the electrolyte-electrode interface and calculating a diffusion coefficient, characterized in that in a gas stream with a known content of the test gas mixed with nitrogen or another inert gas, place an electrochemical cell with a cavity formed by tightly interconnected two disks of solid electrolyte with two pairs of electrodes located on opposite surfaces In these disks, a direct current voltage of 300-500 mV and a polarity providing pumping of the test gas from the cavity of the electrochemical cell into the surrounding gas medium is applied to the electrodes, the magnitude of the limiting current arising in the cell, which is determined by the diffusion flow of the test gas through the solid electrolyte, is measured, and from the measured value of the limiting current, the diffusion coefficient of the test gas in the solid electrolyte is calculated in accordance with the equation
Figure 00000006

where D k, I is the Knudsen diffusion coefficient for gas through a solid electrolyte;
I limit - the limiting current of the cell;
R is the universal gas constant, J / (mol · K);
T is the absolute temperature, K;
F - Faraday constant, CL / g-eq .;
P is the total gas pressure, atm.
RU2014151546/28A 2014-12-18 2014-12-18 Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes RU2579183C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151546/28A RU2579183C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151546/28A RU2579183C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2579183C1 true RU2579183C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014151546/28A RU2579183C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579183C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112326509A (en) * 2020-09-28 2021-02-05 中国辐射防护研究院 Experimental device and method for measuring diffusion coefficient of tritium in non-metallic material

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1141311A1 (en) * 1983-12-22 1985-02-23 Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова Diffusion coefficient determination method
SU1278680A1 (en) * 1984-08-01 1986-12-23 Ордена Ленина физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Method of determining diffusion coefficient in electrolyte solution
EP0405435A1 (en) * 1989-06-30 1991-01-02 Drägerwerk Aktiengesellschaft Diffusion barrier with temperature sensor for an electrochemical gas sensor
SU1755120A1 (en) * 1991-01-15 1992-08-15 Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова Method of measuring diffusion coefficients of gases through membranes
WO2002023158A1 (en) * 2000-09-18 2002-03-21 Vaisala Oyj Device for measuring the diffusion of a gaseous substance on a surface of a material
DE102007037293A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-19 Tagstar Systems Gmbh Radio frequency identification transponder's magnetic field screening apparatus for e.g. living area, has strips of screening material that has anisotropic permeability, where increased permeability is provided in current flow direction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1141311A1 (en) * 1983-12-22 1985-02-23 Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова Diffusion coefficient determination method
SU1278680A1 (en) * 1984-08-01 1986-12-23 Ордена Ленина физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Method of determining diffusion coefficient in electrolyte solution
EP0405435A1 (en) * 1989-06-30 1991-01-02 Drägerwerk Aktiengesellschaft Diffusion barrier with temperature sensor for an electrochemical gas sensor
SU1755120A1 (en) * 1991-01-15 1992-08-15 Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова Method of measuring diffusion coefficients of gases through membranes
WO2002023158A1 (en) * 2000-09-18 2002-03-21 Vaisala Oyj Device for measuring the diffusion of a gaseous substance on a surface of a material
DE102007037293A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-19 Tagstar Systems Gmbh Radio frequency identification transponder's magnetic field screening apparatus for e.g. living area, has strips of screening material that has anisotropic permeability, where increased permeability is provided in current flow direction

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112326509A (en) * 2020-09-28 2021-02-05 中国辐射防护研究院 Experimental device and method for measuring diffusion coefficient of tritium in non-metallic material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Effects of access resistance on the resistive-pulse caused by translocating of a nanoparticle through a nanopore
WO2014141844A1 (en) Blood condition analyzing device, blood condition analyzing system, blood condition analyzing method, and blood condition analyzing program for realizing method on computer
Khodayari et al. Determining solubility and diffusivity by using a flow cell coupled to a mass spectrometer
Sbaı̈ et al. Streaming potential, electroviscous effect, pore conductivity and membrane potential for the determination of the surface potential of a ceramic ultrafiltration membrane
Jasiński et al. Potentiometric Solid‐Contact Multisensor System for Simultaneous Measurement of Several Ions
RU2579183C1 (en) Method of determining diffusion coefficient of gases in solid electrolytes
Dabrowska et al. Direct potentiometric determination of hydrogen carbonate in mineral waters
Liu et al. Online spectroscopic study on the positive and the negative electrolytes in vanadium redox flow batteries
Lisak et al. Multicalibrational procedure for more reliable analyses of ions at low analyte concentrations
TW200938836A (en) Hand-held systems and methods for detection of contaminants in a liquid
Su et al. Origin of nonequilibrium 1/f noise in solid-state nanopores
RU2483298C1 (en) Solid-electrolyte sensor for amperometric measurement of hydrogen and oxygen concentration in gas mixtures
Amayreh et al. Direct electrochemical determination of hemoglobin in blood using iodine-coated platinum polycrystalline electrode
RU2548614C1 (en) Method of determining coefficient of combustion gas diffusion in nitrogen
Kuhlmann et al. Electrochemical sensing of dissolved hydrogen in aqueous solutions as a tool to monitor magnesium alloy corrosion
RU2483299C1 (en) Solid-electrolyte sensor for amperometric measurement of hydrogen concentration in gas mixtures
Dlasková et al. Voltammetric determination of thiodiglycolic acid in urine
RU2532139C1 (en) Method to measure oxygen in gas media
Aupiais Electrophoretic mobilities of the isotopes of chloride and bromide ions in aqueous solution at 25 C and infinite dilution
RU2654389C1 (en) Amperometric method of measurement of oxygen concentration in gas mixtures
Jadreško et al. Square‐Wave Voltammetry of Electroinactive Surfactants
RU2635711C1 (en) Device for measuring volume fraction and partial pressure of oxygen in gases
RU2583164C1 (en) Method of measuring air humidity
RU2540450C1 (en) Method to measure oxygen content and moisture of gas
Kontturi et al. The effective charge number and diffusion coefficient of cationic cytochrome c in aqueous solution

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201219