RU2380794C1

RU2380794C1 - Electro-chemical element with solid electrolyte

Info

Publication number: RU2380794C1
Application number: RU2008140064/09A
Authority: RU
Inventors: Эрика Александровна Алисова (RU); Эрика Александровна Алисова; Георгий Николаевич Волощенко (RU); Георгий Николаевич Волощенко; Валерий Петрович Пахомов (RU); Валерий Петрович Пахомов; Николай Николаевич Финогенов (RU); Николай Николаевич Финогенов
Original assignee: Эрика Александровна Алисова; Георгий Николаевич Волощенко; Валерий Петрович Пахомов; Николай Николаевич Финогенов
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-01-27

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: according to invention electro-chemical element with solid electrolyte consists of cathode and anode divided with electrolyte of through porosity within above 5, but less 100 % range; also from side of cathode external electric field is imposed on element with negative pole, while from side of anode it is imposed with positive pole. Electric field can be generated as by imposing electrects from external sides of electrodes, so it can be created with electro-static generator; it can be also pulsed.

EFFECT: increased emission of electrons from cathode and suppression of emission of electrons on anode; increased efficiency of electro-chemical element operation.

4 cl

Description

Предлагаемое техническое решение относится к энергетике, прямому преобразованию химической энергии в электрическую, и может быть использовано в электрохимии для измерения составов сред в качестве измерительного преобразователя концентрации окислителя или восстановителя в среде.The proposed solution relates to energy, the direct conversion of chemical energy into electrical energy, and can be used in electrochemistry to measure the composition of media as a measuring transducer of the concentration of an oxidizing agent or reducing agent in a medium.

Известно изобретение с использованием термоэмиссии термоэмиссионный преобразователь (ТЭП) с микрозазором между эмиттером и коллектором (Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. / Под ред. Мойжес Б.Я., Пикус Г.Е. - М., 1973, с.62).A known invention using thermal emission thermionic converter (TEC) with a microgap between the emitter and the collector (Thermionic converters and low-temperature plasma. / Ed. By Moizhes B.Ya., Pikus G.E. - M., 1973, p.62).

Основным недостатком ТЭП является трудность создания и поддержания микрозазора между электродами.The main disadvantage of the TEC is the difficulty in creating and maintaining a micro-gap between the electrodes.

Известны также электрохимические элементы (ЭХЭ) с высокотемпературным твердым электролитом с преобразованием химической энергии реагентов в электроэнергию или термоэлектрохимический (ТЭХЭ), преобразовывающий тепло в электроэнергию (Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.89 и 91).Also known are electrochemical cells (ECE) with a high-temperature solid electrolyte with the conversion of chemical energy of reagents into electricity or thermoelectrochemical (TEEC) that converts heat into electricity (Korovin N.V. Electrochemical energy. - M.: Energoatomizdat, 1991, p. 89 and 91 )

Основным недостатком ЭХЭ являются трудности технологии плотного соединения разнородных пористых и плотных слоев элемента при соблюдении нескольких видов совместимости, проблемы надежности ЭХЭ и батареи ЭХЭ с учетом межэлементной коммутации.The main disadvantage of ECE is the difficulties in the technology of tight connection of dissimilar porous and dense layers of an element, subject to several types of compatibility, the reliability problems of ECE and ECE batteries taking into account inter-element switching.

Известен электрохимический элемент с твердым электролитом, состоящий из катода и анода, разделенных электролитом со сквозной пористостью в пределах более 5, но менее 100% (патент РФ №2084052), принятый за прототип.Known electrochemical cell with a solid electrolyte, consisting of a cathode and anode, separated by an electrolyte with a through porosity in the range of more than 5, but less than 100% (RF patent No. 2084052), adopted as a prototype.

Недостатком указанного технического решения является недостаточная термоэмиссия электронов с катода и наличие термоэмиссии электронов на аноде, что снижает эффективность работы электрохимического элемента.The disadvantage of this technical solution is the insufficient thermal emission of electrons from the cathode and the presence of thermal emission of electrons at the anode, which reduces the efficiency of the electrochemical cell.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что на электрохимический элемент с твердым электролитом, состоящий из катода и анода, разделенных электролитом со сквозной пористостью в пределах более 5, но менее 100%, наложено внешнее электрическое поле с отрицательным полюсом со стороны катода и положительным - со стороны анода, причем электрическое поле может быть создано наложением электретов или электростатическим генератором, в том числе может быть импульсным.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that on the electrochemical cell with a solid electrolyte, consisting of a cathode and anode, separated by an electrolyte with through porosity in the range of more than 5, but less than 100%, an external electric field is applied with a negative pole on the cathode side and a positive from the anode side, and the electric field can be created by applying electrets or an electrostatic generator, including can be pulsed.

Подобное наложение электрического поля способствует увеличению эмиссии электронов с катода и подавляет эмиссию электронов на аноде, тем самым повышая эффективность работы электрохимического элемента.Such an application of an electric field helps to increase the emission of electrons from the cathode and suppresses the emission of electrons at the anode, thereby increasing the efficiency of the electrochemical cell.

Устройство работает следующим образом. К аноду подводится восстановитель в количестве, не большем потребного для соединения с кислородом, который в виде ионов под действием разницы концентрации ионов в областях катода и анода движется к аноду в ионном проводнике. Ионы кислорода могут достигать при соответственном расстоянии между анодом и катодом анода, минуя электролит. Ионы кислорода имеют заполненную валентную оболочку и не могут вступать в реакцию с восстановителем вне контакта с анодом или катодом, на которые можно отдать излишние электроны. Ионы проводимости по ионному проводнику подходят к аноду, где отдают в ходе окисления восстановителя избыточные электроны аноду, откуда через полезную нагрузку электроны возвращаются на катод и эмиттируют, что завершает цикл движения электронов.The device operates as follows. The reducing agent is supplied to the anode in an amount not greater than that required for connection with oxygen, which in the form of ions under the influence of the difference in the concentration of ions in the regions of the cathode and the anode moves to the anode in the ionic conductor. Oxygen ions can reach at an appropriate distance between the anode and cathode of the anode, bypassing the electrolyte. Oxygen ions have a filled valence shell and cannot react with a reducing agent without contact with the anode or cathode, to which excess electrons can be transferred. Conductivity ions through the ionic conductor approach the anode, where excess electrons are transferred to the anode during oxidation of the reducing agent, from where the electrons return to the cathode through the payload and emit, which completes the cycle of electron motion.

Claims

1. An electrochemical cell with a solid electrolyte, consisting of a cathode and anode, separated by an electrolyte with a through porosity of more than 5 but less than 100%, characterized in that an external electric field is applied to the cell with a negative pole on the cathode side and positive on the anode side .

2. The electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the electric field is created by applying electrets from the outer sides of the electrodes.

3. The electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the electric field is created by an electrostatic generator.

4. The electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the electric field created by the electrostatic generator is pulsed.