Формирование электрода СЭС

Процесс формирования электрода сравнения можно представить в виде следующей упрощенной схемы:

O₂(в порах электрода) → O₂(раствор) (3.2)

0,5O₂(раствор) + 2e +2H⁺ = H₂O (3.3)

2H₂O +2e = 2H₂ +2OH^- (3.4)

2OH^-(поры электрода) → диффузия в глубь грунта (3.5)

H₂ → частичная диффузия водорода в глубь грунта и металла (3.6)

Стадии (2) и (3) характеризуют процесс электровосстановления кислорода воздуха, находящегося в порах электрода и электролите (влага грунта), а также окислов на поверхности металла. Стадии (5) и (6) указывает на удаление продуктов электрохимической реакции гидроксила и водорода вглубь грунта и металла. Стадии (2) и (3) существенно влияет на потенциал электрода только ограниченное время (сутки и меньше) из-за ограниченного объёма пор электрода. Но в первоначальный момент времени при малых плотностях тока на восстановление кислорода может расходоваться большая часть тока.

Стадии (5) и (6) играют существенную роль в процессе установления стационарного состояния и тем самым и в стабилизации потенциала СЭС.

Рисунок 3.2 – Формирование потенциала электрода СЭС

Отметим, что водород, получающийся в процессе наводораживания на стадии (4) частично адсорбируется на поверхности пор электрода довольно прочно.

Так, после разрыва цепи наводораживания потенциал электрода с пористостью 20% через три часа принимает постоянное значение в глинистом грунте, равное –0.730 В и практически не изменяется в течение трёх суток.

На рисунке 3.2 изображена схема завершения формирования стационарного потенциала псевдоводородного электрода за счет протекания двух потенциалопределяющих реакций в координатах: ток – безразмерный потенциал 0,5zFE/RT (z – число электронов, F – число Фарадея, R- универсальная газовая постоянная, джоуль/(моль Кельвин), T – температура, Кельвин, E – потенциал, вольт).

По мере насыщения пор электрода водородом, который выделяется за счёт катодной поляризации, скорости прямой реакции восстановления водорода из влаги грунта (положительный поток) и обратной реакции отвода продуктов реакции от поверхности (отрицательный поток) становятся равными. При этом изменение потенциала электрода прекращается, и он достигает своего стационарного значения, которое сохраняется за счет равенства потоков.