Способ определения концентрации электролита

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 100578 (21) 2618496/18-25с присоединением заявки Мо(51)М. Кл.2С 01 И 7/14 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытиИ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТА ИзОбретение относится к области аналитической техники, используемой при прямом преобразовании химической энергии в электрическую и может найти применение при разработке и эксплуатации топливных элементов, работают щих на газообразных реагентах.Известен способ определения концентрации электролита в матричном топливном элементе по кривой затопления (зависимость поляризации или напряжения элемента от объема электролита при заданном значении тока в отсутствии отвода воды) 1,Для определения концентрации элек тролита во время работы топливного элемента необходимо знать начальные (заправочные) значения концентрации и объема электролита. Тогда, снимая ,кривую затопления, можно определить 20 концентрацию электролита в любой промежуток времени, так как увеличение объема электролита в элементе без отвода воды однозначно связано с выработанным количествомэлектричества.Недостатки этого способа состоят в том, что не всегда известны начальные значения концентрации и объема электролита и в процессе эксплуатации ЗО топливного элемента могут быть случайные потери электролита эа счетвытекания (при снятии кривых затопления) или химического взаимодействия с матрицей.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ определения концентрации электролита в водоРодно-кислородномматричном топливном элементе принепрерывной его работе и динамическом отводе воды, включающий измерение давления рабочих газов и температуры пароводородной смеси на выходе из элемента и нахождение величины концентрации электролита по измеренным эксплуатационным параметрампроцесса 2),При динамическом способе удаления воды подводимый к элементу водород циркулирует через его газовуюкамеру и отнимает из электролита водудо тех пор, пока давление водяныхпаров в газовом потоке не достигаетдавления паров над электролитом,Измеряя состав смеси (концентрациюпаров воды) в контуре циркуляции водорода газовым хроматографом, можнооднозначно определить и концентрациюэлектролита в топливном элементе.Для сокращения времени определенияконцентрации электролита строят графическую зависимость состава пароводородной смеси от концентрации электролита на основании справочных данных при известных значениях температуры и давления пароводородной смеси.При использовании этого способазначительно повышается точность вопределении концентрации электролитав элементе, но при этом усложняетсяи удорожается сам способ, так какдля пронедения анализа требуетсяорганизация и термостатирование коммуникаций для отбора малых количествпарогазовой смеси и устанонка измерителей потоков и анализаторовсоставаЦелью изобретения является увеличение точности определения концентрации электролита в водородно-кислородном матричном топливном элементе без отбора и анализа проб пароводородной смеси из контура циркуляцииводорода.Цель достигается тем, что по предлагаемому способу дополнительно измеряют температуру пароводородной смесина выходе из конденсатора и кратностьциркуляции водорода и определяют концентрацию электролита в топливномэлементе по заранее построенной зависимости концентрации электролита оттемпературы пароводородной смеси навыходе из конденсатора при различныхкратностях циркуляции (для заданнойтемпературы топливного элемента идавления смеси),Достоинствам предлагаемого способаявляется также и то, что не требуетсяорганизации и термостатирования коммуникаций для отбора проб пароводородной смеси из контура циркуляции водорода и не нужна установка анализаторов состава,П р и м е р. Проводились испытанияводородно-кислородного матричноготопливного элемента при динамическом сггособе отвода воды, Температурупаронодородной смеси на выходе изтопливного элемента и конденсатораизмеряют датчиками температуры типаИСА, она равна 94 С и 70 С соответственно, Поддерживают давлениерабочих газов 4 бар. В качестве электролита используют водный растворКОН,Для определения концентрации щелочи заранее строят зависимость концентрации электролита (С ко,Ъ) оттемпературы (Т С) пароводороднойсмеси на выходе из конденсатора приразличных кратностях (Н) циркуляцииводорода для температуры элемента94 С и давления газов4 бар.Для каждой заданной температуры пароводородной смеси на выходе из конденсатора задают поочередно разныеп=К 1 ьр рРсм где К. - экспериментальный коэффициент;ЬР - перепад давления на диафрагме;плотность пароводороднойсмеси;Рн 2 - плотность водорода.Количество водорода, которое пошло на электрохимическую реакцию, рассчитывают по закону Фарадея-ЭУгде Э - электрохимический эквивалент;1 - ток, выработанный элементом;с - время генерации тока.И окончательно кратность циркуляции водорода определяют по форму- ле 35 40 д ,Рсм Э 1При подстановке численных зна;чений н уравнении получается 0,035944 20+2 0,2441 ОООО 9О,42 О,ЗЗЬ Э,72Таким образом, концентрация раствора щелочи в топливном элементепри температуре пароводородной смеси на выходе из конденсатора 70 Си кратности циркуляции водорода20равняется 29,5.С помощью газового хроматографа была измерена концентрация паровводы в пароводородной смеси на выходе из топливного элемента (приэтих же условиях), которая оказалась равной концентрации паров водынад 29,5 раствором щелочи при тем- ЬО пературе 94 ф С,Использование предлагаемого способа определения концентрации электролита в топливном элементе обеспечивает по сравнению с существующими 65 способами следующее преимущество: значения кратности циркуляции водорода; 7, 10, 20, 30, 50, 100 и 200,Для определения концентрации щелочи в топливном элементе необходимодополнительно определить кратность 5.циркуляции водорода в работающем топливном элементе. Кратность циркуляцииводорода - это отношение массовогорасхода газа (водорода) на нходе втопливный элемент (гпту) к количеству 1 водорода израсходонанному на электрохимическую реакцию ьв. Массовый расход водорода на входе в топливныйэлемент определяют с помощью расходнойдиафрагмы, установленной передвхОдом в элемент, и рассчитывают поформулеб 97879 ФОрмула изобретения Составитель Л. ДикаяТехредЭ, Чужик Корректор Е. ПаппТираж 1073 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, ЖРаушская наб. д, 45Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,4 Редактор И. ШубинаЗаказ б 919/31 возможность определения концентрации электролита в матричном топливном элементе беэ отбора и анализа проб гарогаэовой смеси из контура циркуляции водорода, т.е. без нарушения режима влагоудаления и целостности трассы циркуляции пароводородной смеси. Способ определения концентрации10 электролита в водородно-кислородном матричном топливном элементе при непрерывной его работе и динамическом отводе воды, включающий измерение давления рабочих газов и температурыпароводородной смеси на выходе из элемента и нахождение величины концентрации электролита по измеренным эксплуатационным параметрам процесса,о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, дополнительноизмеряют температуру пароводороднойсмеси на выходе из конденсатора икратность циркуляции водорода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Фильтих В. Топливные элементы,М 19 б 8, с 196-2012. Фильтих В, Топливные элементы.М р 19 б 8, с. 203 (прототип)