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气体扩散电极电流密度分布研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 锌空气电池及相关背景

1.2 研究电流密度分布的重要性

第2章 小孔电极模型

2.1 锌空气电池结构以及工作原理

2.2 气体扩散电极

2.2.1 气体扩散电极简介

2.2.2 气体扩散电极在锌空气电池中的作用及重要性

2.2.3 气体扩散电极的结构

2.2.4 气体扩散电极数学模型

2.3 小孔电极模型

2.4 小孔电极模型电流密度分布问题

第3章 小孔电极液相传质过程

3.1 小孔电极液相传质过程与电流密度分布

3.2 三种传质过程

3.3 传质过程引起的浓度变化

3.4 稳态和非稳态传质过程

3.4.1 理想状态下稳态传质过程

3.4.2 实际状态下稳态对流扩散传质过程

3.4.3 平面电极切向液流传质过程

3.4.4 静止流体平面电极非稳态扩散传质过程

3.4.5 反应粒子表面浓度为定值时稳态扩散传质过程

3.5 本章小结

第4章 理想电流条件下的小孑L电极电流密度分布

4.1 概述

4.2 传质方程及边界条件

4.3 电流密度分布求解

4.4 电流密度分布图和相关结论

第5章 一般电流条件下的小孔电极电流密度分布

5.1 问题概述

5.2 相关方程及参数

5.3 最大传质速度

5.4 计算方法

5.5 电流密度分布

5.5.1 V=Ve时的电流密度分布

5.5.2 V>Ve时的电流密度分布

5.5.3 V<Ve时的电流密度分布

5.5.4 V=O时的电流密度分布

5.6 集中反应区域

第6章 小孔电极中理论电流上限及与实际电流的比较

6.1 小孔电极理论电流上限与实际电流

6.1.1 小孔电极理论电流上限

6.1.2 小孔电极实际提供电流

6.1.3 由实际提供电流推出的小孔电极孔隙分布

6.2 小孔电极理论电流上限与实际电流差异分析

第7章 结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 相关研究展望

参考文献

致谢

在读硕士期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

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摘要

气体扩散电极是一种多孔介质,气体透过多孔介质扩散到固液界面发生电化学反应。气体首先透过孔隙到达液体表面,在液体内遵循扩散方程扩散到固液界面进行反应。我们关注的并不是电化学反应的过程,而主要在于传质过程对反应结果的影响,在这里我们关注的是电流密度,也就是反应结束后电极模型内电流密度的分布情况。气体扩散电极可以抽象出多种数学模型,本文主要研究气体扩散电极中的一种模型-小孔电极模型,关注其电流密度的分布。已有的结果在一种极端的条件下,也就是假定固液界面的反应速度无限大,给出了小孔电极的电流密度分布。本文则是针对一般条件—包含所有反应速度,首先定义出传质表征—最大的传质速度,然后针对反应速度等于、大于、小于最大传质速度分别计算给出其电流密度分布,并对电流密度分布结果进行分析。发现当反应速度等于及大于最大传质速度时,影响电流密度分布的因素为传质,也就是此时电流密度分布不随着反应速度的改变而改变;而反应速度小于最大传质速度时,影响反应结果的因素为反应速度,电流密度随反应速度的改变而逐渐改变分布状态。并且当反应速度大于最大传质速度时,反应呈现集中的趋势,也就是存在一个集中反应区域—三相交界线附近的一条环带,大部分的反应都集中于此环带之中。最后,本文对相关研究前景进行了展望,提出了进一步研究中可能涉及到的本文未考虑的溶解速率等问题。
  本研究主要内容包括:⑴介绍相关背景,引入本文研究的气体扩散电极模型-小孔电极模型,提出其电流密度分布的问题。⑵对电极模型内的液相传质过程进行阐述,在电极内部,传质过程直接关系到电流密度分布,因此传质过程是理解及研究电流密度分布的基础。⑶理想电流条件下(反应速度无限大),主要用解析的方法给出了小孔电极的电流密度分布及结果分析。⑷一般电流条件下(反应速度非无限大),以反应速度为变量,给出了反应速度等于,大于和小于最大传质速度的电流密度分布及结果分析。⑸应用本文研究中得出的结论,计算出小孔电极的理论电流上限,并与实际电流相比较,指出其差异并给与解释。⑹本文主要结论及研究展望。

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