khimie.ru

Вопрос оптимального обеспечения пор электрода и электролитом, и газом был удовлетворительно решен лишь совсем недавно. Сработала старая идея − сделать поровое пространство частично гидрофильным, частично гидрофобным. Эти слова необходимо пояснить.

Водоплавающие птицы, как известно, всегда выходят из воды сухими. Как с гуся вода, говорим мы. Тонкий слой жира на оперении как бы отталкивает воду. Жир гидрофобен, он словно страдает водобоязнью.

Гидрофобна и поверхность листьев, лепестки цветов: вспомните круглые капельки росы на них, и как легко они скатываются.

Но есть и водолюбивые, гидрофильные материалы. Вода растекается по ним, заползает во все щели и поры.

Для пористых электродов, очевидно, свойства гидрофильности и гидрофобности − находка. Ясно, что в гидрофильно-гидрофобной пористой среде раствор электролита будет проникать в электрод лишь по гидрофильным порам, по порам с гидрофобными стенками (они свободны от жидкости) пойдет газ. Поверхность встречи «газ − электролит-металл», а вместе с ней и ток станут большими.

Повторяем: идея эта стара. Гидрофобизацию электродов еще давным-давно пытались осуществить двумя методами:

либо гидрофильный пористый материал (таковы все металлические катализаторы) погружали на определенное время в раствор гидрофобных веществ (парафина, поли­стирола), чтобы гидрофильные стенки пор покрылись частично водо-электролитоотталкивающими молекулами;

либо смешивали частицы гидрофильного катализатора (допустим, платиновую чернь) с порошком гидрофобного вещества − воска или того же парафина.

Преимущества и достоинства таких гидрофобизированных пористых электродов фактически использовал еще инженер Павло Спиридонов, о котором мы рассказывали в четвертой главе. Сотрудник лаборатории поверхностных явлений (руководил ею в довоенные годы академик А. Н. Фрумкин) Физико-химического института имени Л. Я. Карпова. Тот самый Спиридонов, который перед войной получил на водородио-кислородных топливных элементах токи рекордной величины, тогда это было мировым достижением.

Свои электроды Спиридонов делал так. Бралась металлическая сетка или особым образом перфорированное железо (пластинка с пробитыми в ней отверстиями). Это был костяк, осгов электрода, а также токоотвод. На этот остов тонким слоем напрессовывалась активная масса − смесь угля, поскольку уголь хорошо смачивается водой и в Достаточной степени проводит электричество, и каучука, гидрофобного материала. Для улучшения гидрофобизации в эту смесь добавляли парафин.

Система была прекрасной. В ней не было платины или других дорогостоящих катализаторов, а только дешевый и легкодоступный уголь. И все же такие топливные элементы давали значительные токи.

Успех? И да, и нет.

И каучук и все другие известные в те времена гидрофобизаторы − воск, парафин и так далее − оказались нестойкими. Они довольно быстро «промокали»: теряли свои гидрофобные свойства.

Именно это не позволило тогда решить проблему создания надежного, длительно работающего топливного элемента с высокими удельными характеристиками.