При разработке газодиффузионных электродов ко­личество катализатора в активном слое оптимизируется с точки зрения требований к активности, массо-габа­ритным характеристикам и стоимости. Ниже подробно рассматривается влияние толщины активного слоя на активность электродов. Использование полученных за­висимостей позволяет более тщательно учесть массо - габаритные и стоимостные характеристики и выбрать более удобную для оптимальной толщины технологию формирования активного слоя.

В настоящее время нет общепринятого определения эффективной толщины, хотя смысл, вкладываемый в этот термин различными авторами, примерно одина­ков. Условимся за эффективную толщину Ьэ бесконечно толстого электрода принимать расстояние, на котором плотность тока уменьшается в е раз по сравнению с плотностью тока 7(0) у фронтальной поверхности. Найдем выражение этой величины у электродов, рабо­тающих в активационно-омическом режиме.

Для плоского г а з од и ф ф у з и он ного электрода (модель гомогенной среды) распределение потенциала в актив­ном слое описывает уравнение

S-г'лМ.

где s ■—■ поверхность единицы объема, см-1; о — эффек­тивная удельная проводимость электролита.

Для локальной плотности тока вида

где L= =^2T^)2 ~ характерная длина. ' (3.7)

Данное выше определение L3 дает дополнительное

условие ■ "

(3.8)

Из (3.5) — (3.8) можно получить следующее выра­жение:

~4L = (e^2b+l)eV(Sb?0/2Ьуе-*+-Ц 3 д

(eW26+ I)sh?0/2b *

Логарифмируя (3.9), разлагая в ряд по степени е~90' и l/sh<p0/26 и отбрасывая члены второго и большего по­рядков, получаем, что при e9ol2b > 1

Ь - — Л4

L e'<Po/2i>"

Расчет показывает, что при фо/2&^8 значения LJL, вычисленные по (3.9) и (3.10), практически совпадают; при фо/6<1 получаем La~L. Приведем для некоторых значений поляризации фо! Ь относительную толщину L3jL, вычисленную по выражению (3.9),

%/Ь.................. 1 2 4 6 8 12

L3/L................. 0,96 0,80 0,41 0,16 0,062 0,0084

Умножая обе части выражения (3.6) на LJi^Aba, получаем

^=iShT./26=f1(<p./26). - (3.11)

С учетом (3.10) ВИДНО, ЧТО при ЄЧ>о/2і<1 '

/(0) Ls=3,4bo. .. (3.12)

На рис. 3.8 приведен полный график функции В табл. 3.1 приведены значения L3, рассчитан-

ные по формуле (3.12), для ряда значений плотности тока и проводимости электролита.

Приведенные в таблице значения эффективной про­водимости характерны для реальных электродов в 7— 9 н. КОН, 80°С, с гидрофоби - зированным и гидрофильным активным слоем, для которых значения а лежат в интервале (3—30%) «кон. Так как фор - ^ мула (3.12) верна при фо/6^8, то полученные значения L3 ха - ' 1 L J ^ Lb

рактерны ДЛЯ кислородных Рис. 3.8. График функции электродов, для которых ука - У (0)/.а/з,4*ог=/і (ф0/2&). занные в таблице плотности то­ка достигаются при значительной поляризации. При плотности тока 0,1 А/см2 для реальных электродов Ьа лежит между 200—700 мкм. При плотности активного слоя с платиновой чернью p=(l-s-2)103 кг/м3 такие L0 соответствуют 20—140 мг Pt/см2.