RU216310U1 - Hydrogen electrode from a thin palladium film modified with core-shell nanoparticles - Google Patents

Hydrogen electrode from a thin palladium film modified with core-shell nanoparticles Download PDF

Info

Publication number
RU216310U1
RU216310U1 RU2022130596U RU2022130596U RU216310U1 RU 216310 U1 RU216310 U1 RU 216310U1 RU 2022130596 U RU2022130596 U RU 2022130596U RU 2022130596 U RU2022130596 U RU 2022130596U RU 216310 U1 RU216310 U1 RU 216310U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
shell
core
electrode
metals
Prior art date
Application number
RU2022130596U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Сергеевич Петриев
Владимир Юрьевич Фролов
Лариса Владимировна Ломакина
Полина Дмитриевна Пушанкина
Георгий Александрович Андреев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU216310U1 publication Critical patent/RU216310U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройству электрода для водородных топливных элементов. Повышение удельной мощности и стабильности во времени электрических характеристик топливного элемента является техническим результатом, который достигается за счет того, что водородный электрод для кислородно-водородного топливного элемента, содержащий пористую никелевую основу с закрепленной на ней контактной точечной сваркой тонкой палладиевой мембраной, покрытой с двух сторон слоем наноразмерного порошка, который состоит из устойчивых кластеров металлов со структурой ядро-оболочка, при этом оболочка выполнена из металлов с высокой электрокаталитической активностью по отношению к водороду, а ядро из металлов, обладающих более отрицательным значением стандартного электродного потенциала по отношению к металлу оболочки, причем толщина оболочки составляет 1/10-1/20 от диаметра наночастицы. Оболочка кластеров покрытия выполнена из металлов, выбранных из группы: Pd, Ag, Ni, Cu, а ядро из активных металлов, выбранных из группы: Fe, Zn, Pb, Sn. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Figure 00000001
The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to the device of an electrode for hydrogen fuel cells. Increasing the specific power and stability over time of the electrical characteristics of the fuel cell is a technical result, which is achieved due to the fact that the hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell containing a porous nickel base with a thin palladium membrane fixed on it by resistance spot welding, coated on both sides a layer of nanosized powder, which consists of stable metal clusters with a core-shell structure, while the shell is made of metals with high electrocatalytic activity with respect to hydrogen, and the core is made of metals with a more negative value of the standard electrode potential relative to the shell metal, and the shell thickness is 1/10-1/20 of the nanoparticle diameter. The shell of the coating clusters is made of metals selected from the group: Pd, Ag, Ni, Cu, and the core is made of active metals selected from the group: Fe, Zn, Pb, Sn. 2 w.p. f-ly, 4 ill.
Figure 00000001

Description

Заявляемое техническое решение относится к области электрохимии, а именно к устройству конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к устройству водородных электродов.The claimed technical solution relates to the field of electrochemistry, namely to the arrangement of structural elements of hydrogen pumps and fuel cells, specifically to the arrangement of hydrogen electrodes.

Актуальной задачей развития альтернативной энергетики является разработка кислородно-водородного топливного элемента с цельнометаллическим содержащим палладий водородопроницаемым водородным электродом, работающим при низких (20-100°С) температурах. Это позволит использовать в топливном элементе жидкий электролит и приведет (за счет изменения трехфазной границы: газ - металл токоотвода - электролит на двухфазную: палладиевый сплав - электролит) к улучшению вольтамперных характеристик элемента, снижению поляризации, уменьшению внутреннего сопротивления и к увеличению удельной мощности. Кроме того, палладий является катализатором электродного процесса по всей двухфазной границе, поэтому не требуется дополнительного нанесения катализатора. Также возможно применение водородного электрода в составе двухэлектродной ячейки с протонным электролитом в составе водородного насоса или компрессора [К.А. Джусь, И.Г. Штатный, С.А. Григорьев / Наноструктурные электрокатализаторы для водородного компрессора с твердым полимерным электролитом // Вестник МИТХТ Химия и технология неорганических материалов», 2009, т. 4, №6 (90)].An urgent problem in the development of alternative energy is the development of an oxygen-hydrogen fuel cell with an all-metal hydrogen-permeable hydrogen electrode containing palladium, operating at low (20-100°C) temperatures. This will allow the use of a liquid electrolyte in the fuel cell and will lead (by changing the three-phase boundary: gas - current collector metal - electrolyte to two-phase: palladium alloy - electrolyte) to improve the current-voltage characteristics of the element, reduce polarization, reduce internal resistance and increase power density. In addition, palladium is a catalyst for the electrode process along the entire two-phase boundary, so no additional catalyst application is required. It is also possible to use a hydrogen electrode as part of a two-electrode cell with a protic electrolyte as part of a hydrogen pump or compressor [K.A. Dzhus, I.G. Regular, S.A. Grigoriev / Nanostructured electrocatalysts for a hydrogen compressor with a solid polymer electrolyte // Bulletin of MITHT Chemistry and Technology of Inorganic Materials, 2009, vol. 4, No. 6 (90)].

Палладий и его сплавы применяют для получения мембран, способных пропускать газообразный водород [Rothenberger K.S., Cugini A.V., Howard В.Н., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68]. Такие мембраны имеют рабочие температуры в интервале 200-800°С. Из-за их высокой проницаемости и селективности по сравнению с другими материалами, металлические водорододиффузионные мембраны при высоких температурах остаются предметом интенсивных исследований.Palladium and its alloys are used to produce membranes capable of passing hydrogen gas [Rothenberger K.S., Cugini A.V., Howard V.N., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68]. Such membranes have operating temperatures in the range of 200-800°C. Due to their high permeability and selectivity over other materials, metal hydrogen diffusion membranes at high temperatures remain the subject of intense research.

Основными характеристиками палладиевых мембран для выделения водорода из газовых смесей являются скорость проникновения водорода через мембрану, ее прочность и стойкость при эксплуатации. Для мембраны, выполняющей роль диффузионного электрода добавляется важная характеристика - скорость электроэкстракции растворенного водорода на границе мембрана/электролит.The main characteristics of palladium membranes for hydrogen extraction from gas mixtures are the rate of hydrogen penetration through the membrane, its strength, and service life. For a membrane acting as a diffusion electrode, an important characteristic is added - the rate of electroextraction of dissolved hydrogen at the membrane/electrolyte interface.

Процесс переноса водорода через палладий и его сплавы состоит из трех основных стадий [Байчток Ю.К., Соколинский Ю.А., Айзенбуд М.Б. / О лимитирующей стадии проницаемости водорода через мембраны из палладиевых сплавов. // Журнал физической химии. 1976. Т. 50. N 6. С. 1543-1546]:The process of hydrogen transfer through palladium and its alloys consists of three main stages [Baichtok Yu.K., Sokolinsky Yu.A., Aizenbud M.B. / On the limiting stage of hydrogen permeability through membranes made of palladium alloys. // Journal of Physical Chemistry. 1976. T. 50. N 6. S. 1543-1546]:

диссоциация водорода на входной поверхности мембраны, протекающая со скоростью νi,dissociation of hydrogen on the input surface of the membrane, proceeding at a rate of ν i ,

S диффузия атомарного водорода через мембрану, протекающая со скоростью νд,S diffusion of atomic hydrogen through the membrane, flowing at a rate of ν d ,

рекомбинация атомов водорода в молекулы на выходной стороне мембраны, протекающая со скоростью ν0.recombination of hydrogen atoms into molecules on the outlet side of the membrane, proceeding at a rate of ν 0 .

Лимитирование той или иной стадии является предметом многочисленных исследований и зависит от многих факторов, например, в случае особо чистого водорода, лимитирующей является стадия диффузии. В случае незначительных примесей серы, углеводородов и т.п. лимитирующими становятся стадии диссоциации на газовой стороне мембраны и (или) электроэкстракции на электролитной стороне. Последний случай является наиболее вероятным для патентуемого мембранного электрода, так как он будет работать не на чистом водороде. В таких условиях повысить скорость переноса водорода через мембрану можно модификацией поверхности палладиевой мембраны специальными «водородными переносчиками» повышающими скорости диффузии водорода на газовой стороне мембранного электрода и электроэкстракции на электролитной стороне.The limitation of one or another stage is the subject of numerous studies and depends on many factors, for example, in the case of high-purity hydrogen, the diffusion stage is the limiting one. In the case of minor impurities of sulfur, hydrocarbons, etc. the limiting stages are dissociation on the gas side of the membrane and (or) electroextraction on the electrolyte side. The latter case is the most likely for the patented membrane electrode, since it will not operate on pure hydrogen. Under such conditions, the rate of hydrogen transfer through the membrane can be increased by modifying the surface of the palladium membrane with special "hydrogen carriers" that increase the rate of hydrogen diffusion on the gas side of the membrane electrode and electroextraction on the electrolyte side.

Уровень техники мембранных металлических электродов представлен рядом патентов: US Patents №№7955491; 9044715; 8778058; 8119205; 7611565; 7255721; 7022165; 9246176; RU патентами на полезную модель №74242; 187061 патентами на изобретения №№2256981; 2334310.The prior art of membrane metal electrodes is represented by a number of patents: US Patents No. 7955491; 9044715; 8778058; 8119205; 7611565; 7255721; 7022165; 9246176; RU utility model patents No. 74242; 187061 patents for inventions No. 2256981; 2334310.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является патент RU №168869, опубликован 22.02.2017 «Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки».The closest technical solution to the claimed one is patent RU No. 168869, published on February 22, 2017 "Hydrogen electrode from a thin modified palladium film".

Согласно прототипу, заявлен водородный электрод для кислородно-водородного топливного элемента, включающий пористую никелевую основу с нанесенной на нее активной массой в виде тонкой палладиевой пленки, выполняющей роль мембраны.According to the prototype, a hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell is claimed, including a porous nickel base coated with an active mass in the form of a thin palladium film that acts as a membrane.

Мембрана с двух сторон покрыта слоем наноразмерного металлического порошка, хемосорбирующего водород, из палладиевой черни и при этом мембрана с модифицированной пленкой палладия закреплена контактной точечной сваркой на пористой никелевой основе.The membrane is coated on both sides with a layer of nanoscale hydrogen chemisorbing metal powder made of palladium black, and the membrane with a modified palladium film is fixed by resistance spot welding on a porous nickel base.

Основными недостатками описанного электрода являются: постепенная рекристаллизация палладиевой черни, приводящая к уменьшению ее электрокаталитической активности во времени, то есть к падению удельной мощности модифицированного ею водородного электрода и устройств использующих его в целом, при высоком удельном содержании палладия на единицу поверхности электрода, объективно связанное с методикой электролитического нанесения и минимальным временем образования [Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Подловченко Б.И. и др. Практикум по электрохимии // Под ред. Дамаскина Б.Б. - М.: Высш. шк., 1991. - с. 21].The main disadvantages of the described electrode are: gradual recrystallization of palladium black, leading to a decrease in its electrocatalytic activity over time, that is, to a drop in the specific power of the hydrogen electrode modified by it and devices using it as a whole, with a high specific content of palladium per unit electrode surface, objectively associated with method of electrolytic deposition and minimum formation time [Damaskin B.B., Petriy O.A., Podlovchenko B.I. et al. Workshop on electrochemistry // Ed. Damaskina B.B. - M.: Higher. school, 1991. - p. 21].

Технической задачей является создание водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов и электрохимических водородных насосов с улучшенными и более стабильными во времени электрическими характеристиками путем замены части палладия на дешевые промышленные металлы.The technical task is to create a hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cells and electrochemical hydrogen pumps with improved and more stable electrical characteristics over time by replacing part of the palladium with cheap industrial metals.

Технический результат достигается применением в качестве дисперсного покрытия металлических наноразмерных кластеров структуры ядро-оболочка. Оболочка кластера содержит меньше дорогого каталитического металла, например, палладия, чем цельная частица. Это приводит к увеличению удельной катализирующей поверхности дисперсного покрытия электрода за счет высокой удельной поверхности оболочек и одновременному снижению удельного содержания дорогого каталитического металла на единицу поверхности электрода за счет большого объема ядра кластера из недорогого металла. Увеличение удельной катализирующей поверхности дисперсного покрытия электрода, в свою очередь, приводит к увеличению удельной электрической мощности электрода.The technical result is achieved by using metal nanosized clusters of the core-shell structure as a dispersed coating. The cluster shell contains less expensive catalytic metal, for example, palladium, than the whole particle. This leads to an increase in the specific catalyzing surface of the dispersed coating of the electrode due to the high specific surface of the shells and a simultaneous decrease in the specific content of expensive catalytic metal per unit of electrode surface due to the large volume of the core of the cluster of inexpensive metal. An increase in the specific catalyzing surface of the dispersed electrode coating, in turn, leads to an increase in the specific electric power of the electrode.

Для решения технической задачи предлагается водородный электрод для кислородно-водородного топливного элемента, включающий пористую никелевую основу с закрепленной на ней контактной точечной сваркой тонкой палладиевой мембраной, покрытой с двух сторон слоем дисперсного металлического порошка. При этом слой дисперсного металлического порошка выполнить из устойчивых кластеров металлов структуры ядро-оболочка, в которых оболочка выполнена из металла, обладающего каталитическими свойствами по отношению к водороду, а ядро из широко распространенных металлов, причем толщину оболочки выбирают в пределах 1/10-1/20 от диаметра наночастицы. Выбор подобного соотношения позволяет сохранить среднюю толщину каталитической оболочки не менее 5 нм для самых маленьких композитных наночастиц, что существенно уменьшает вероятность создания короткозамкнутого гальванического контакта металл ядра/металл оболочки/электролит. При этом оболочка кластеров каталитического покрытия может быть выполнена из металлов, с высокой электрокаталитической активностью, таких как Pd, Ag, Ni, Cu, а ядро кластеров покрытия выполнено из металлов, обладающих более отрицательным значением стандартного электродного потенциала по отношению к металлу оболочки, таких как Fe, Zn, Pb, Sn, которые будут анодно растворяться в случае образования короткозамкнутого гальванического элемента.To solve the technical problem, a hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell is proposed, including a porous nickel base with a thin palladium membrane fixed on it by resistance spot welding, coated on both sides with a layer of dispersed metal powder. At the same time, the layer of dispersed metal powder is made of stable metal clusters of the core-shell structure, in which the shell is made of a metal with catalytic properties with respect to hydrogen, and the core is made of widespread metals, and the shell thickness is chosen within 1/10-1/ 20 of the nanoparticle diameter. The choice of such a ratio makes it possible to keep the average thickness of the catalytic shell at least 5 nm for the smallest composite nanoparticles, which significantly reduces the probability of creating a short-circuited galvanic contact between the core metal/shell metal/electrolyte. In this case, the shell of the catalytic coating clusters can be made of metals with high electrocatalytic activity, such as Pd, Ag, Ni, Cu, and the core of the coating clusters is made of metals that have a more negative value of the standard electrode potential with respect to the shell metal, such as Fe, Zn, Pb, Sn, which will dissolve anodically in the event of the formation of a short-circuited galvanic cell.

На фиг. 1 изображен заявляемый водородный электрод в разрезе, на фиг. 2. приведено изображение мембраны покрытой слоем дисперсного покрытия имеющих структуру ядро-оболочка, на фиг. 3 изображен график падения удельной электрической мощности водородного электрода во времени для электрода с покрытием из палладиевой черни, а на фиг. 4 график падения удельной электрической мощности водородного электрода во времени для электрода с покрытием из кластеров структуры ядро-оболочка.In FIG. 1 shows the inventive hydrogen electrode in section, in Fig. 2. shows an image of a membrane coated with a layer of a dispersed coating having a core-shell structure, in fig. 3 is a plot of the drop in electrical power density of a hydrogen electrode over time for a palladium black coated electrode, and FIG. 4 is a graph of the decrease in the specific electrical power of the hydrogen electrode with time for an electrode coated with clusters of the core-shell structure.

Электрод (фиг. 1) включает мембрану 1, выполненную в виде палладиевой фольги толщиной 0,3-30 мкм. На обе стороны мембраны 1 нанесен слой дисперсного покрытия (фиг. 2) имеющего структуру ядро-оболочка 2. Мембрана 1 с одной стороны методом контактной точечной сварки в точках 3, закреплена на поверхности пористой металлической основы 4. Основа 4 механически и электрически контактирует с металлической газораспределительной плитой 5. В объеме и на поверхности плиты 5 со стороны мембраны 1 сформирована система газораспределительных (продувочных) каналов 6 оканчивающаяся двумя концевыми газовыми запорными штуцерами 7.The electrode (Fig. 1) includes a membrane 1, made in the form of a palladium foil with a thickness of 0.3-30 microns. Both sides of the membrane 1 are coated with a layer of a dispersed coating (Fig. 2) having a core-shell structure 2. Membrane 1, on one side, by resistance spot welding at points 3, is fixed on the surface of a porous metal base 4. Base 4 is mechanically and electrically in contact with a metal gas distribution plate 5. In the volume and on the surface of the plate 5 from the side of the membrane 1, a system of gas distribution (purge) channels 6 is formed, ending with two end gas shut-off fittings 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Водородный электрод в составе топливного кислородно-водородного элемента приводится в контакт с жидким, матричным или полимерным электролитом со стороны противоположной металлической плите 5 таким образом, чтобы модифицирующее покрытие на электролитной стороне служило электрокатализатором электродного процесса окисления водорода. Продувка системы газораспределительных каналов 6 и пор пористой никелевой пластины 4 водородом осуществляется путем открытия концевых газовых запорных штуцеров 7. Через определенное время, когда в системе газораспределительных каналов 6 и порах пористой никелевой пластины 4 остается чистый водород, один из концевых газовых запорных штуцеров 7 закрывают и система переходит в рабочий режим. Водород, поступающий через поры пористой никелевой пластины 4, подается к газовой поверхности, содержащей палладий мембраны покрытой слоем дисперсного покрытия из наноразмерных кластеров металлов (фиг. 2), имеющих структуру ядро-оболочка, которая хемосорбирует водород на поверхности своих частиц и ускоряет его поступление в объем палладиевой мембраны - абсорбцию. Далее абсорбированный водород диффундирует через фазу палладиевой мембраны и на электролитной поверхности покрытой порошком модификатора переходит в адсорбированную атомную фазу. Затем адсорбированный водород вступает в электродную реакцию на границе пористый металл/электролит с образованием протонсодержащих частиц в электролите и отдачей электронов во внешнюю цепь на нагрузку через металлическую плиту 5, которая также является токоотводом.The hydrogen electrode in the composition of the oxygen-hydrogen fuel cell is brought into contact with a liquid, matrix or polymer electrolyte from the opposite side of the metal plate 5 in such a way that the modifying coating on the electrolyte side serves as an electrocatalyst for the electrode process of hydrogen oxidation. Purging the system of gas distribution channels 6 and the pores of the porous nickel plate 4 with hydrogen is carried out by opening the end gas shut-off fittings 7. After a certain time, when pure hydrogen remains in the system of gas distribution channels 6 and the pores of the porous nickel plate 4, one of the end gas shut-off fittings 7 is closed and the system goes into operating mode. Hydrogen entering through the pores of the porous nickel plate 4 is supplied to the gas surface containing the palladium-containing membrane covered with a layer of a dispersed coating of nanosized metal clusters (Fig. 2) having a core-shell structure, which chemisorbs hydrogen on the surface of its particles and accelerates its entry into the volume of the palladium membrane is absorption. Further, the absorbed hydrogen diffuses through the phase of the palladium membrane and passes into the adsorbed atomic phase on the electrolyte surface covered with the modifier powder. Then, the adsorbed hydrogen enters into an electrode reaction at the porous metal/electrolyte interface with the formation of proton-containing particles in the electrolyte and the transfer of electrons to the external circuit to the load through the metal plate 5, which is also a current collector.

Мембрана электрода может быть изготовлена путем прокатки палладия или его сплава с промежуточными вакуумными отжигами до толщины 1-30 мкм, с последующим покрытием обеих ее поверхностей слоем дисперсного покрытия в виде кластеров металлов структуры ядро-оболочка, с последующим соединением покрытой палладиевой пленки с пористой металлической никелевой основой, путем точечной контактной сварки.The electrode membrane can be made by rolling palladium or its alloy with intermediate vacuum annealing to a thickness of 1–30 µm, followed by coating both of its surfaces with a layer of dispersed coating in the form of metal clusters of the core-shell structure, followed by joining the coated palladium film with a porous metallic nickel film. base, by spot welding.

Слой дисперсного покрытия в виде устойчивых кластеров металлов структуры ядро-оболочка может быть создан и закреплен известными способами синтеза [В. Kharisov, О. Kharissova, U-O. Mendez // Handbook jf less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 829.], включая синтез нанокластеров структуры ядро-оболочка палладия в объеме раствора в присутствии нитрата серебра и сурфактанта из ряда четвертичных аммониевых оснований, например, цетилтриметиламмония бромида. Закрепление полученных нанокластеров структуры ядро-оболочка из объема раствора на поверхности производилось методом распыления полученного коллоидного раствора с добавлением «закрепителя» - вещества закрепляющего нанокластеры палладия на поверхности палладиевой мембраны, например, 3-меркаптопропионовой кислоты [Vega М.М., Bonifacio, A., Lughi, V. et al. // Long-term stability of surfactant-free gold nanostars / J Nanopart Res №11 2014 p. 2729-2734].A layer of dispersed coating in the form of stable metal clusters of the core-shell structure can be created and fixed by known synthesis methods [B. Kharisov, O. Kharissova, U-O. Mendez // Handbook jf less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 829.], including the synthesis of nanoclusters of the core-shell structure of palladium in the bulk solution in the presence of silver nitrate and a surfactant from a number of quaternary ammonium bases, for example, cetyltrimethylammonium bromide. The fixation of the obtained nanoclusters of the core-shell structure from the volume of the solution on the surface was carried out by spraying the obtained colloidal solution with the addition of a "fixer" - a substance that fixes palladium nanoclusters on the surface of the palladium membrane, for example, 3-mercaptopropionic acid [Vega M.M., Bonifacio, A. , Lughi, V. et al. // Long-term stability of surfactant-free gold nanostars / J Nanopart Res No. 11 2014 p. 2729-2734].

Удельное содержание палладия на единицу поверхности электрода, модифицированного покрытием из палладиевой черни, составляет 30 мг/см2, а для электрода, модифицированного слоем металлических нанокластеров структуры ядро-оболочка с палладиевой оболочкой составляет 1-3 мг/см2. Т.е. у предлагаемого водородного электрода удельное содержание палладия снижается примерно в 10-30 раз.The specific content of palladium per unit surface of an electrode modified with a coating of palladium black is 30 mg/ cm2 , and for an electrode modified with a layer of metal nanoclusters of a core-shell structure with a palladium shell, it is 1-3 mg/ cm2 . Those. the proposed hydrogen electrode specific content of palladium is reduced by about 10-30 times.

Сравнение долговременных характеристик удельной мощности электродов модифицированных палладиевой чернью фиг.3 с удельной мощностью электродов с покрытием из нанокластеров структуры ядро-оболочка измеренных в составе водородного электрохимического насоса из двух исследуемых водородных электродов, как зависимость максимальной удельной мощности от времени показало, что начальная максимальная удельная мощность для водородного электрода с модификатором в виде палладиевой черни на 56,7% ниже чем для водородного электрода с дисперсным покрытием в виде нанокластеров структуры ядро-оболочка с палладиевой оболочкой. Кроме того, крутизна графика для дисперсного покрытия из нанокластеров структуры ядро-оболочка с палладиевой оболочкой 5,4% падение максимальной удельной мощности за 95 часов работы меньше чем для палладиевой черни - 7,6% падения максимальной удельной мощности, что говорит о достижении заявленных целей технической задачи.Comparison of the long-term characteristics of the specific power of electrodes modified with palladium black Fig.3 with the specific power of electrodes coated with nanoclusters of the core-shell structure measured in the composition of a hydrogen electrochemical pump from two hydrogen electrodes under study, as a dependence of the maximum specific power on time showed that the initial maximum specific power for a hydrogen electrode with a modifier in the form of palladium black is 56.7% lower than for a hydrogen electrode with a dispersed coating in the form of nanoclusters of the core-shell structure with a palladium shell. In addition, the steepness of the graph for a dispersed coating of nanoclusters of the core-shell structure with a palladium shell 5.4% drop in maximum specific power for 95 hours of operation is less than for palladium black - 7.6% drop in maximum specific power, which indicates the achievement of the stated goals technical task.

На основе предлагаемого электрода можно создавать кислородно-водородные топливные элементы и электрохимические водородные насосы с уменьшенным содержанием драгоценного палладия обеспечивая более стабильные во времени электрические характеристики - удельную мощность.Based on the proposed electrode, it is possible to create oxygen-hydrogen fuel cells and electrochemical hydrogen pumps with a reduced content of precious palladium, providing more stable electrical characteristics over time - specific power.

Claims (3)

1. Водородный электрод для кислородно-водородного топливного элемента, включающий пористую никелевую основу с закрепленной на ней контактной точечной сваркой тонкой палладиевой мембраной, покрытой с двух сторон слоем наноразмерного порошка, отличающийся тем, что слой наноразмерного порошка состоит из устойчивых кластеров металлов структуры ядро-оболочка, в которых оболочка выполнена из металлов с высокой электрокаталитической активностью по отношению к водороду, а ядро из металлов, обладающих более отрицательным значением стандартного электродного потенциала по отношению к металлу оболочки, причем толщину оболочки выбирают в пределах 1/10-1/20 от диаметра наночастицы.1. A hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell, including a porous nickel base with a thin palladium membrane fixed on it by resistance spot welding, coated on both sides with a layer of nanosized powder, characterized in that the layer of nanosized powder consists of stable metal clusters of the core-shell structure , in which the shell is made of metals with high electrocatalytic activity with respect to hydrogen, and the core is made of metals with a more negative value of the standard electrode potential relative to the shell metal, and the shell thickness is chosen within 1/10-1/20 of the nanoparticle diameter . 2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что оболочка кластеров покрытия выполнена из металлов, таких как Pd, Ag, Ni, Cu.2. An electrode according to claim 1, characterized in that the shell of the coating clusters is made of metals such as Pd, Ag, Ni, Cu. 3. Электрод по пп. 1, 2, отличающийся тем, что ядро кластеров покрытия выполнено из активных металлов, таких как Fe, Zn, Pb, Sn.3. The electrode according to paragraphs. 1, 2, characterized in that the core of the coating clusters is made of active metals such as Fe, Zn, Pb, Sn.
RU2022130596U 2022-11-23 Hydrogen electrode from a thin palladium film modified with core-shell nanoparticles RU216310U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU216310U1 true RU216310U1 (en) 2023-01-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104716348A (en) * 2013-12-15 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 Nanofiber network structure electrode, preparation method and application thereof
CN104037427B (en) * 2014-06-26 2016-01-20 大连交通大学 A kind of preparation method of high active core shell structure catalyst and application thereof
RU168869U1 (en) * 2016-03-28 2017-02-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM
RU198021U1 (en) * 2019-10-24 2020-06-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium
US20210066724A1 (en) * 2018-04-13 2021-03-04 3M Innovative Properties Company Catalyst

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104716348A (en) * 2013-12-15 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 Nanofiber network structure electrode, preparation method and application thereof
CN104037427B (en) * 2014-06-26 2016-01-20 大连交通大学 A kind of preparation method of high active core shell structure catalyst and application thereof
RU168869U1 (en) * 2016-03-28 2017-02-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM
US20210066724A1 (en) * 2018-04-13 2021-03-04 3M Innovative Properties Company Catalyst
RU198021U1 (en) * 2019-10-24 2020-06-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1922777B1 (en) Electrocatalysts having gold monolayers on platinum nanoparticle cores, and uses thereof
US7223493B2 (en) Supported catalyst for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cell
US7910512B2 (en) Production process of electrode catalyst for fuel cell
Juárez-Marmolejo et al. Carbon supported PdM (M= Fe, Co) electrocatalysts for formic acid oxidation. Influence of the Fe and Co precursors
US9853255B2 (en) Core-shell fuel cell electrodes
CA2647507A1 (en) Electrode catalyst for fuel cell and production process of the same
Song et al. Bimetallic Ag–Ni/C particles as cathode catalyst in AFCs (alkaline fuel cells)
US20210292162A1 (en) Palladium-platinum system for use as hydrogen storage material and/or electrocatalyst, preferably in fuel-cells
RU168869U1 (en) HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM
Al-Qodami et al. Bifunctional tailoring of platinum surfaces with earth abundant iron oxide nanowires for boosted formic acid electro-oxidation
Yang et al. Bimetallic Face-Centered Cubic Pd–Ag Nano-dendritic Alloys Catalysts Boost Ethanol Electrooxidation
Yin et al. PdCu nanoparticles modified free-standing reduced graphene oxide framework as a highly efficient catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell
JPH09161811A (en) Anode catalyst for polyelectrolyte type fuel cell and its preparation
JP2006127979A (en) Fuel cell and electrode catalyst therefor
Moguchikh et al. Effect of the composition and structure of Pt (Cu)/C electrocatalysts on their stability under different stress test conditions
RU216310U1 (en) Hydrogen electrode from a thin palladium film modified with core-shell nanoparticles
Strasser et al. Voltammetric surface dealloying of Pt bimetallic nanoparticles: A novel synthetic method towards more efficient ORR electrocatalysts
JPH1074523A (en) Anode catalyst for fuel cell, its manufacture, anode for fuel cell, and fuel cell
RU2724609C1 (en) Method of producing composite hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel elements modified with nanostructured palladium
RU2694431C1 (en) Method of producing a composite hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cells
Ren et al. Stabilizing platinum-based electrocatalysts for oxygen reduction reaction in acid media: A mini review
RU187061U1 (en) HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM
RU198021U1 (en) Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium
RU211824U1 (en) Hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cell
WO2012102714A1 (en) A catalyst for a fuel cell and a method for making the same