<<
>>

Роль электроосмоса

Традиционно в рассмотрении разряда в СК АБ учитывались диффузия, миграция, конвекция [28, 32]. Они были заложены в обоснование диффузион­ного механизма в качестве доминирующего при зарядообразовании [21].

Од­нако в нем оказались неучтенными структурные особенности СК АБ, возника­ющие в условиях все более расширенного использования УА с размерами в диапазоне от мм и до нм, что коренным образом повысило их эксплуатацион­ные характеристики. Вызванное введением таких УА в электродные матери­алы повышение удельной поверхности обусловлено преимущественно пори­стостью [93].

Важное место в процессах, протекающих внутри пор, принадлежит из­менениям концентрации электролита, что коренным образом влияет на его диффузию по глубине и по диаметру поры. Диффузионный перенос электро­лита, как правило, имеет низкую скорость (коэффициент диффузии D = 2?10-9м2/с). Примем концентрацию электролита β(x, t)на входе в пору равной с0. Образование на внутренних стенках пор сульфатного слоя (толщина doι) сопровождается расходом H2SO4. Положим, что на глубине Lχ с(л, t) = 0. Из представления с(л, t) в виде ряда Фурье с экспоненциально убывающей по глубине до нуля концентрацией расчетное время составит:

В первом приближении разложения и при γ = 1 τn упростится:

Наибольшее время разряда на первом цикле исследования током холодной прокрутки (раздел 2.3) СК АБ с УА 0.4 % Timrex BNB90 (рисунок 3.21, б) со­ставило 120 с. На основании (3.18) оценка величины Lхс учетом этого времени составила 0.6 мм. Это вполне оправдано, так как полная толщина электродов СК АБ менее 2 мм.

В отличие от [21, 23, 24] для наиболее полного анализа влияния пор на разрядно-зарядные процессы учтем электроосмотические явления [204], роль которых применительно к СК АБ оказалась изученной весьма фрагментарно [80, 94].

Внутри пор из-за ограниченности их размеров проявление электроос­моса обусловлено тем, что имеет место достаточная напряженность электри­ческого поля и присутствует двойной электрический слой (ДЭС - раздел

1.3.3) .

Рисунок 3.27 схематично иллюстрирует электроосмос в порах при раз­ряде СК АБ. В качестве примера на рисунке 3.27 была приведена ОАМ на от­рицательном электроде. Её структура ранее была детально описана (раздел

1.3) и показана на рисунке 1.2 [21, 22, 28, 29]. Здесь же условно нанесены про­текающие в ней электрохимические процессы (рисунок 1.3 и 1.4) [30 - 37]. Отметим, что поверхность отрицательного электрода представлена губчатым свинцом и сульфатом свинца. Поры в ОАМ могли иметь произвольную форму и размеры в зависимости от используемого типа УА и образовывать типичные дендритные структуры [23]. Упрощенно на рисунке показаны поры кониче­ской (1) и извилистой форм (2). На входе в поры начинал формироваться слой PbSO4толщиной - dαι [23], как это показано на примере извилистой поры (2). При этом массоперенос электролита внутри поры происходил за счет электро­осмоса, так как внутри поры уже существовал ДЭС. В результате сульфатная пленка - d^ (как показано в [23] одинаковой толщины) могла формироваться по всей глубине поры вплоть до тех пор пока ее диаметр удовлетворял усло­вию d∏ dH2O и dHSO4->d]H2O.

Рисунок 3.27 - Схематичная иллюстрация электроосмоса при разряде СК АБ

Для подтверждения обоснованности предложенного сценария проведем каче­ственную оценку величины скорости потокаполагая,

что ее ненулевое значение будет доказывать обоснованность учета электроос­мотических явлений при зарядно-разрядных процессах.

Скорость (‰(x)) может быть получена из уравнения Навье-Стокса с уче­том распределения плотности заряда - q(x)вблизи поверхности электрода с ДЭС и направления напряженности электрического поля вдоль канала поры - E(x)при разряде: 'Здесь учтена вязкость элек­

тролита - η.

Плотность заряда определяется уравнением Пуассона: Подстановкой q(x) в уравнение Навье-Стокса с учетом граничных и начальных условийпри

х→ ∞) и после интегрирования может быть получено выражение для скорости

продвижения электролита внутрь канала поры:

Здесь ζ - дзета-потенциал (рисунок 1.7), именно его наличие обусловливает электроосмотическое перемещение электролита внутри канала поры. Отме­тим,что для СК АБ ζ = 0.1 В. При известных значениях напряженности поля вдоль всей длины поры L∏ =10-3 м с учетом напряжения разряда СКЭ

= E(x); диэлектрической проницаемости ε = 80 и ε0 = 8.85?10-12Ф/м; вязкости электролита η = 24.2?10-2Па-с величина V(x) всегда будет ненулевой, составляя Vmi(x) = 4.9?10-8м/с. Полученная оценка Vmi(x)доказывает, что при разряде за счет электроосмоса внутри канала поры происходит формирование сульфатного слоя d∣по всей ее длине вплоть до выполнения условия d∏

<< | >>
Источник: Харсеев Виктор Алексеевич. ВЛИЯНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Курск - 2019. 2019

Еще по теме Роль электроосмоса:

  1. Роль двойного электрического слоя
  2. Роль углерода
  3. Роль углеродных активаторов
  4. Роль наноразмерных структурных изменений
  5. Роль среды, провоцирующей КРН
  6. Роль изоморфизма сульфата бария в зародышеобразовании
  7. Висячие мосты и их роль в обнаружении внутреннего резонанса
  8. Выводы по главе
  9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  10. Активация зародышеобразования
  11. Углеродные структуры
  12. Повышение развитости поверхности электродных материалов
  13. Выводы по главе 3
  14. §1 Общая характеристика правового положения суда как субъекта реализа­ции права на судебную защиту
  15. Оглавление
  16. Приложение 1. Источники информации
  17. Оглавление
  18. Выводы по главе