электродный материал твердоэлектролитного электрохимического датчика

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ТВЕРДОЭЛЕКТРОЛИТНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА, состоящий из дисилицида переходного металла, отличающийся тем, что в качестве металла выбран титан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к твердоэлектролитным электрохимическим датчикам и электролизерам, и может быть использовано при контроле и получении кислорода, водорода и других газов.

Актуальной задачей промышленного использования в народном хозяйстве аналитических приборов является замена дорогих электродных материалов из благородных металлов на более дешевые, имеющие высокую электрохимическую активность, стойкие в окислительно-восстановительных средах и не обладающие каталитической активностью.

Наиболее распространенным электродным материалом является металл. Однако условия работы кислородного электрода твердоэлектролитного датчика (как правило, высокие температуры и окислительная атмосфера) ограничивают круг возможных электродных материалов благородными металлами, например платиной, которая обладает каталитической активностью (способствует окислению таких компонент, как NO, CO, Н₂ и т.д.).

В [1] предлагают вводить в состав платинового электрода добавки антикатализаторов серу, фосфор, свинец, мышьяк и их соединения. Такой электрод не обладает каталитической активностью, имеет высокую электропроводность.

Однако использование платины и других благородных металлов в качестве электродных материалов очень дорого, и часто приходится искать им замену. Кроме того, электроды с добавками антикатализаторов не имеют высокой стабильности во времени.

Широко используются в качестве электродных материалов оксидные соединения с высокой электронной проводимостью. Это оксиды индия, урана и т.д. и твердые растворы на их основе, а также оксидные соединения со структурой типа перовскита-манганиты, кобальтиты, хромиты, никелаты и соединения на их основе. Например, в [2] в качестве электродного материала предлагается использовать смесь RMeO₃ -55-75 мас. CaO остальное, где R редкоземельные элементы; Me Cr, Mn, Co.

Недостатком оксидных электродов является их невысокая устойчивость в восстановительных атмосферах, а также не очень высокая электропроводность и электрохимическая активность.

В восстановительных средах неплохо работают электроды из карбида кремния [3] Однако они неустойчивы в окислительных средах и не обладают достаточной электрохимической активностью.

Важной технической задачей является создание дешевых некаталитических электродов, стойких как в окислительных, так и в восстановительных средах, обладающих высокой электрохимической активностью.

Частично эту задачу решает использование дисилицида молибдена [4] Однако дисилицид молибдена обладает недостаточно высокой электропроводностью и вступает в необратимые химические реакции с кислородом.

Полностью поcтавленную техническую задачу удается решить при использовании согласно изобретению в качестве электродного материала твердоэлектролитного электрохимического датчика дисилицида титана.

Среди силицидов переходных металлов дисилицид титана имеет наименьшее электросопротивление (уступает только дисилициду вольфрама) и наилучшую химическую устойчивость в окислительных и восстановительных средах.

Благодаря большой диффузионной подвижности примесей в дисилициде титана возможно получать электродный материал высокой степени чистоты. Дисилицид титана обладает высокой адгезией к различным твердым электролитам и в силу своих парамагнитных свойств активно взаимодействует с протяженными газовыми молекулами (притягивает в боковом положении к своей поверхности кислород, водород, серный ангидрид и другие молекулы газа, облегчая их дальнейшую диссоциацию и обратимое восстановление или окисление).

В силу перечисленных свойств дисилицид титана обладает уникально высокой электрохимической активностью при использовании в качестве электродного материала, высокой стабильностью и стойкостью к агрессивным газовым средам. Дисилицид титана не обладает каталитической активностью, что повышает представительность контроля при высоких температурах в кислородосодержащих газовых средах с горячими компонентами.

Предлагаемый электродный материал можно применять с различными твердыми электролитами для контроля водорода, диоксида серы, диоксида углерода, кислорода, оксидов азота и т.д. Электродный материал из дисилицида титана был испытан на генераторе водорода.

На рабочую поверхность твердого электролита (насикона) наносили пасту мелкодисперсного порошка дисилицида титана с олеиновой кислотой в качестве связки и отжигали на воздухе при температуре 350^оС.

При использовании полученного таким способом электрода удалось достигнуть плотность тока до 400 мА/см², что сравнимо с характеристиками платинового электрода.