khimie.ru

Картина, которую мы нарисовали: электролит проникает в электрод по таким-то порам, газ − по таким-то,− довольно пока умозрительная. А как все обстоит на самом деле?

Чтобы успешно вести разработку эффективных конструкций пористых электродов, надо было прежде всего получить ответ на вопрос, как реально распределяется в порах электрода трехфазная граница. Еще раз поясним сложность проблемы.

Пористый электрод (слой пористого катализатора толщиной в несколько миллиметров, такая толщина необходима хотя бы для механической прочности) отделяет электролит от топлива или окислителя. По причинам, которые сейчас не столь важны, электродный процесс сосредоточен у электролитной стороны электрода. Следовательно, для успешной работы всей системы требуется, чтобы газ смог просочиться с газовой стороны электрода на противоположную − электролитную.

Пробиться газу через весь электрод непросто. Широкие поры, доступные для газа, распределены в теле электрода случайным образом. Поэтому «перемычки» из мелких, заполненных электролитом и недоступных для газа пор могут прерывать газовые «цепочки», блокировать подвод газа. И его проникновение в глубь пористой среды может захлебнуться.

Размеры отдельных пор невелики — микроны, десятки микрон (10^-4−10^-3 сантиметра). Таких пор по толщине электрода уложится многие сотни, даже тысячи. Если бы цепочки из пор не ветвились, газ наверняка бы застревал: не доходил до цели − противоположной стороны электрода.

Ветвления пор позволяют обходить препятствия, то есть мелкие поры, закрывающие дорогу, но всегда ли? Какие поры и как реально заполнены газом? Есть ли туда доступ электролиту? Ведь он тоже необходим для электрохимической реакции.

Число подобных вопросов можно легко умножить» Кто ответит на них? Эксперименты по измерению силы тока, получаемого с единицы внешней поверхности электрода, Дали неожиданный результат.

Если постепенно увеличивать давление в газе, то вначале ток мал и почти не растет. Но по достижении некоторого критического давления газа ток скачком возрастал до значительных величин.

Как понять это явление? Как разобраться в том, что же на деле происходит в пористом электроде? И − это уже практически важно — нельзя ли получить токи побольше, чем получил Ф. Бэкон? Не десятые ампера, а амперы и даже десятки ампер с квадратного сантиметра?..

Прежде в коловерти, столпотворении всяческих «почему» и «как» обязан был разбираться сам экспериментатор. Но с некоторых пор в штатных расписаниях многих научных лабораторий и институтов появилась новая должность − теоретик. Вначале профессиональными теоретиками обзавелась физика: здесь слова «физик-теоретик» давно получили все права гражданства. Но постепенно теоретики появились и в других науках. Их теперь можно встретить в химии и биологии, хотя в лексиконе химиков и биологов понятий, подобных понятию «физик-теоретик», еще нет.

Деятельность теоретика кое-кому с непривычки может показаться странной, но люди этой профессии существуют и приносят немалую пользу. Во всяком случае, если вернуться к топливным элементам, порядок во взглядах на работу пористых электродов навели работающие и доныне в Институте электрохимии АН СССР в Москве физики-теоретики.

В 1963 году Владислав Семенович Маркин, доктор физико-математических наук (тогда просто Слава и даже не кандидат, а только что окончивший Московский инженерно-физический институт специалист), дал первое достаточно корректное (для того времени!) решение проблемы.