RU2170477C1 - Газодиффузионный электрод и способ его изготовления - Google Patents
Газодиффузионный электрод и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2170477C1 RU2170477C1 RU2000126419/09A RU2000126419A RU2170477C1 RU 2170477 C1 RU2170477 C1 RU 2170477C1 RU 2000126419/09 A RU2000126419/09 A RU 2000126419/09A RU 2000126419 A RU2000126419 A RU 2000126419A RU 2170477 C1 RU2170477 C1 RU 2170477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas diffusion
- stabilizing additive
- diffusion electrode
- active
- layer
- Prior art date
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 claims abstract description 7
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 25
- 239000004705 High-molecular-weight polyethylene Substances 0.000 claims description 20
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 17
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 10
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 abstract description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000003738 black carbon Substances 0.000 abstract 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/8668—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/8673—Electrically conductive fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение срока службы электрода. Согласно изобретению газодиффузионный электрод содержит активный слой, включающий 85 - 98% активированного угля и сажи с удельной поверхностью 200 - 2000 м2/г при содержании сажи от 5 до 90%, 1,5 - 10% высокомолекулярного полиэтилена и 0,5 - 5% полиизобутилена или бутилкаучука в качестве стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, включающий 60 - 90% технического углерода, 5 - 25% высокомолекулярного полиэтилена, 3,5 - 10% графита и 1,5 - 5% полиизобутилена или бутилкаучука в качестве стабилизирующей добавки, и токоотводящую сетку. Активный слой может дополнительно содержать катализатор в количестве от 0,1 до 5% от содержания в активном слое сажи. При этом в качестве катализатора может быть взят металл из группы, содержащей серебро, металлы платиновой группы, их смеси или сплавы на их основе. Токоотводящая сетка может быть расположена между активным и гидрофобным слоями, в активном слое или гидрофобном слое. В качестве токоотводящей сетки может быть взята подпрессованная на 20 - 80% от исходной толщины никелевая сетка. Пористость гидрофобного слоя выше пористости активного слоя, при этом общая пористость электрода составляет 60 - 80%. Размер пор в активном и гидрофобном слоях находится в диапазоне 0,001 - 1 мкм. Способ изготовления газодиффузионного электрода включает приготовление смеси активированного угля, сажи, высокомолекулярного полиэтилена, индустриального масла и стабилизирующей добавки для активного слоя и смеси технического углерода, графита, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки для гидрофобного слоя при указанных выше соотношениях, смеси гранулируют, прессуют полученные гранулированные смеси на одну или разные стороны токоотводящей сетки при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, подпрессовывают электрод при температуре от 110 до 170°С и удельном давлении от 100 до 500 кг/см2. Перед приготовлением смеси сажа может пропитываться глицерином при массовом соотношении глицерина и сажи от 0,3 до 1, при этом после экстрагирования масла электрод отмывают водой от глицерина и подвергают сушке. 2 с. и 18 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве газодиффузионных электродов для первичных химических источников тока (ХИТ), например для металловоздушных ХИТ.
Известен газодиффузионный электрод для ХИТ, содержащий активный слой из активированного угля и высокомолекулярного полиэтилена, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода и высокомолекулярного полиэтилена, и токоотводящую сетку (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 M 4/86, 4/96, 1995).
Недостатком известного электрода является недостаточный срок службы, связанный с деструкцией гидрофобного слоя и промоканием электрода.
Из известных газодиффузионных электродов для ХИТ наиболее близким по совокупности существенных признаков является газодиффузионный электрод для химического источника тока, содержащий активный слой из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки и токоотводящую сетку (см. патент РФ 2152670, кл. H 01 М 4/86, 4/96, 10.07.2000).
Недостатком известного электрода является невысокие электрохимические характеристики.
Известен способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором на токопроводящую подложку наносят с двух сторон смесь углеродного материала и полиэтилена (см. патент СССР N 357774, кл. H 01 М 4/96, 12.01.1973)
Недостатком указанного способа изготовления является низкие удельные электрические характеристики.
Недостатком указанного способа изготовления является низкие удельные электрические характеристики.
Из известных способов изготовления газодиффузионных электродов наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для активного слоя, смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на разные стороны токоотвода при повышенной температуре и экстрагируют масло из электрода растворителем (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 М 4/86, 4/96, 1995).
Недостатком указанного способа является низкий срок службы изготовленных электродов.
Задачей изобретения является создание газодиффузионного электрода для ХИТ и способа его изготовления, обеспечивающего изготовление электродов, обладающих повышенным сроком службы.
Указанный технический результат достигается тем, газодиффузионый электрод содержит активный слой, состоящий из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, и токоотводящую сетку. При этом активный слой электрода дополнительно содержит сажу с удельной поверхностью 200-2000 м2/г при следующем соотношении компонентов (мас.%): активированный уголь плюс сажа 85-98 при содержании сажи от 5 до 90%, высокомолекулярный полиэтилен 1,5-10 и стабилизатор 0,5-5, гидрофобный слой электрода дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов (мас.%): технический углерод 60-90, высокомолекулярный полиэтилен 5-25, графит 3,5-10 и стабилизирующая добавка 1,5-5. Введение сажи в активный слой повышает площадь активной поверхности реакции электрода, введение графита в гидрофобный слой повышает его электропроводность и гидрофобность. Указанные факторы способствуют повышению электрохимических характеристик электрода. Соотношение компонентов в активном и гидрофобном слоях электрода выбраны на основании экспериментальных данных и являются оптимальными.
Целесообразно, чтобы в качестве стабилизирующей добавки был взят полиизобутилен или бутилкаучук. Использование в качестве стабилизирующей добавки полиизобутилена или бутилкаучука позволяет повысить физико-механические характеристики электродов и предотвратить их промокание из-за растрескивания.
Целесообразно, чтобы активный слой газодиффузионного электрода дополнительно содержал катализатор в количестве от 0,1 до 5% от содержания в активном слое сажи. При этом в качестве катализатора может быть использован металл из группы, содержащей серебро, металлы платиновой группы, их смеси или сплавы на их основе. Введение катализатора в активный слой электрода повышает электрохимическую активность электрода. Содержание катализатора является оптимальным. При содержании катализатора менее 0,1% эффект повышения активности электрода незначителен. При содержании катализатора более 5% значительно возрастает стоимость электрода.
Токоотводящая сетка может располагаться между активным и гидрофобным слоями, в активном слое или в гидрофобном слое. Место расположения токоотводящей сетки в электроде определяется конструкцией ХИТ и его назначением.
Целесообразно в качестве токоотводящей сетки использовать подпрессованную на 20-80% от исходной толщины никелевую сетку. Подпрессовывание сетки повышает прочность токоотвода и уменьшает его толщину, что позволяет повысить механическую прочность электрода и уменьшить его габаритные размеры.
Целесообразно, чтобы пористость гидрофобного слоя электрода была выше пористости активного слоя при общей пористости электрода от 60 до 80%. Более высокая пористость гидрофобного слоя облегчает доступ кислорода воздуха в зону реакции, что способствует повышению характеристик электрода. Указанный диапазон пористости электрода обеспечивает требуемые электрические и механические характеристики электрода. При пористости ниже 60% мала площадь активной поверхности электрода, что снижает его характеристики, при пористости выше 80% электрод обладает недостаточной механической прочностью.
Целесообразно, чтобы размер пор в активном и гидрофобном слоях газодиффузионного электрода находился в диапазоне 0,001-1 мкм. Указанный диапазон размеров пор электрода обеспечивает газозапорные свойства активного слоя электрода и необходимую проницаемость гидрофобного слоя для кислорода воздуха, диффундирующего через гидрофобный слой в зону реакции.
Что касается способа изготовления газодиффузионного электрода, то указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена, индустриального масла и стабилизирующей добавки для активного слоя и смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на одну или разные стороны токоотвода при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, в смесь для активного слоя дополнительно вводят сажу с удельной поверхностью 200-2000 м2/г, а в смесь для гидрофобного слоя - графит, а перед прессованием на токоотводящую сетку указанные смеси гранулируют. Операция гранулирования смесей позволяет удалить из смеси избыточное масло и упрощает технологию изготовления электродов, поскольку смесь можно изготавливать в запас.
Целесообразно, чтобы в качестве стабилизирующей добавки был взят полиизобутилен или бутилкаучук. Введение стабилизирующей добавки повышает ресурс электрода.
Целесообразно после экстрагирования масла электрод подпрессовывать при повышенной температуре в диапазоне от 110 до 170oC и удельном давлении в диапазоне от 100 до 500 кг/см2. Подпрессовывание электрода при указанных параметрах повышает прочность и ресурсные характеристики электрода.
Целесообразно перед приготовлением смеси сажу пропитывать глицерином при массовом соотношении глицерина и сажи от 0,3 до 1. Пропитка сажи глицерином предотвращает заполнение мелких пор индустриальным масло, что способствует увеличению характеристик электрода за счет увеличения удельной поверхности.
Целесообразно после экстрагирования масла электрод отмывать водой от глицерина и подвергать сушке. Указанные операции способствуют повышению характеристик электрода.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется примером практической реализации.
Пример практической реализации
Изготовлен газодиффузионный электрод (катод) для ХИТ на основе никелевой сетки в качестве токоотвода. Исходная никелевая сетка толщиной 0,42 мм была подкатана до толщины 0,28-0,32 мм. Активную массу для активного слоя готовят из смеси 45% активированного угля, 45% сажи с удельной поверхностью 300 м2/г, 8% высокомолекулярного полиэтилена и 2% полиизобутилена в качестве стабилизирующей добавки. В смесь добавляют индустриальное масло и перемешивают до получения необходимой консистенции смеси. Массу для гидрофобного слоя готовят из смеси 67% технического углерода, 8% графита, 21% высокомолекулярного полиэтилена и 4% полиизобутилена в качестве стабилизирующей добавки. В смесь добавляют индустриальное масло и перемешивают до получения требуемой консистенции смеси. Полученные смеси гранулируют, например путем пропускания через экструдер. Гранулированные смеси прессуют на разные стороны токоотводящей сетки при температуре 150oC. Из полученного электрода экстрагируют масло путем отмывки в растворителе, например в четыреххлористом углероде. После экстрагирования масла электрод подпрессовывают посредством каландрирования при температуре 120oC и удельном давлении 400 кг/см2. Изготовленные электроды в ячейках ставились на ресурсные испытания, по ускоренной методике. Она включала испытания под нагрузкой 20 мА/см2 в течение 7 часов и 17 часов при напряжении разомкнутой цепи. Время работы в таком режиме составило 700 часов. Время работы электродов, изготовленных по прототипу, не превышало 200 часов.
Изготовлен газодиффузионный электрод (катод) для ХИТ на основе никелевой сетки в качестве токоотвода. Исходная никелевая сетка толщиной 0,42 мм была подкатана до толщины 0,28-0,32 мм. Активную массу для активного слоя готовят из смеси 45% активированного угля, 45% сажи с удельной поверхностью 300 м2/г, 8% высокомолекулярного полиэтилена и 2% полиизобутилена в качестве стабилизирующей добавки. В смесь добавляют индустриальное масло и перемешивают до получения необходимой консистенции смеси. Массу для гидрофобного слоя готовят из смеси 67% технического углерода, 8% графита, 21% высокомолекулярного полиэтилена и 4% полиизобутилена в качестве стабилизирующей добавки. В смесь добавляют индустриальное масло и перемешивают до получения требуемой консистенции смеси. Полученные смеси гранулируют, например путем пропускания через экструдер. Гранулированные смеси прессуют на разные стороны токоотводящей сетки при температуре 150oC. Из полученного электрода экстрагируют масло путем отмывки в растворителе, например в четыреххлористом углероде. После экстрагирования масла электрод подпрессовывают посредством каландрирования при температуре 120oC и удельном давлении 400 кг/см2. Изготовленные электроды в ячейках ставились на ресурсные испытания, по ускоренной методике. Она включала испытания под нагрузкой 20 мА/см2 в течение 7 часов и 17 часов при напряжении разомкнутой цепи. Время работы в таком режиме составило 700 часов. Время работы электродов, изготовленных по прототипу, не превышало 200 часов.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленные газодиффузионный электрод и способ его изготовления могут быть реализованы с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию "промышленная применимость".
Claims (19)
1. Газодиффузионный электрод, содержащий активный слой, состоящий из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, и токоотводящую сетку, отличающийся тем, что активный слой электрода дополнительно содержит сажу с удельной поверхностью 200 - 2000 м2/г при следующем соотношении компонентов, мас. %: активированный уголь плюс сажа 85 - 98 при содержании сажи от 5 до 90%, высокомолекулярный полиэтилен 1,5 - 10 и стабилизирующая добавка 0,5 - 5, гидрофобный слой электрода дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: технический углерод 60 - 90, высокомолекулярный полиэтилен 5 - 25, графит 3,5 - 10 и стабилизирующая добавка 1,5 - 5.
2. Газодиффузионылй электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят полиизобутилен.
3. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят бутилкаучук.
4. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что активный слой дополнительно содержит катализатор в количестве от 0,1 до 5% от содержания в активном слое сажи.
5. Газодиффузионный электрод по п.4, отличающийся тем, что в качестве катализатора взят металл из группы, содержащей серебро, металлы платиновой группы, их смеси или сплавы на их основе.
6. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что токоотводящая сетка расположена между активным и гидрофобным слоями.
7. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что токоотводящая сетка расположена в активном слое.
8. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что токоотводящая сетка расположена в гидрофобном слое.
9. Газодиффузионный электрод по любому из пп.1, 6 - 8, отличающийся тем, что в качестве токоотводящей сетки взята подпрессованная никелевая сетка.
10. Газодиффузионный электрод по любому из пп.1, 6 - 9, отличающийся тем, что никелевая сетка подпрессована на 20 - 80% от исходной толщины.
11. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что пористость гидрофобного слоя выше пористости активного слоя.
12. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что размер пор в активном и гидрофобном слоях находится в диапазоне 0,001 - 1 мкм.
14. Способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена, индустриального масла и стабилизирующей добавки для активного слоя и смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки для гирофобного слоя, прессуют указанные смеси на одну или разные стороны токоотводящей сетки при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, отличающийся тем, что в смесь для активного слоя дополнительно вводят сажу с удельной поверхностью 200 - 2000 м2/г, а в смесь для гидрофобного слоя - графит, а перед прессованием на токоотводящую сетку указанные смеси гранулируют.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят полиизобутилен.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят бутилкаучук.
17. Способ по п.14, отличающийся тем, что после экстрагирования масла электрод подпрессовывают при повышенной температуре.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что подпрессовывание электрода проводят при температуре от 110 до 170°С и удельном давлении от 100 до 500 кг/см2.
19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что перед приготовлением смеси сажа пропитывается глицерином при массовом соотношении глицерина и сажи от 0,3 до 1.
20. Способ по п.17, отличающийся тем, что после экстрагирования масла электрод отмывают водой от глицерина и подвергают сушке.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000126419/09A RU2170477C1 (ru) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления |
| PCT/RU2000/000509 WO2002035622A1 (fr) | 2000-10-23 | 2000-12-15 | Electrode a diffusion de gaz et procede de fabrication |
| AU2001227173A AU2001227173A1 (en) | 2000-10-23 | 2000-12-15 | Gas diffusion electrode and method for producing said electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000126419/09A RU2170477C1 (ru) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2170477C1 true RU2170477C1 (ru) | 2001-07-10 |
Family
ID=20241230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000126419/09A RU2170477C1 (ru) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2001227173A1 (ru) |
| RU (1) | RU2170477C1 (ru) |
| WO (1) | WO2002035622A1 (ru) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199799C1 (ru) * | 2001-08-21 | 2003-02-27 | Груздев Александр Иванович | Газодиффузионный электрод для химических источников тока |
| RU2256981C1 (ru) * | 2004-03-30 | 2005-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕНСИС" (ООО "ИНТЕНСИС") | Электрод щелочного топливного элемента и способ его изготовления |
| RU2260878C1 (ru) * | 2004-04-23 | 2005-09-20 | Черепанов Владимир Борисович | Газодиффузионный катод и способ его изготовления |
| RU2332752C1 (ru) * | 2007-04-03 | 2008-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" | Способ изготовления каталитически активного слоя газодиффузионного электрода |
| RU2344516C2 (ru) * | 2007-03-05 | 2009-01-20 | Юрий Михайлович Демидов | Способ получения газодиффузионного электрода химического источника тока |
| RU2373613C2 (ru) * | 2004-07-19 | 2009-11-20 | Уде Гмбх | Серебряный газодиффузионный электрод для использования в co2-содержащем воздухе и способ его изготовления |
| US10637068B2 (en) | 2013-07-31 | 2020-04-28 | Aquahydrex, Inc. | Modular electrochemical cells |
| US11005117B2 (en) | 2019-02-01 | 2021-05-11 | Aquahydrex, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105696018B (zh) * | 2016-01-18 | 2018-09-04 | 天津大学 | 一种石墨-炭黑混合空气扩散阴极片的制备和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4066823A (en) * | 1973-09-11 | 1978-01-03 | Armstrong William A | Method for a low temperature oxygen electrode |
| US4107397A (en) * | 1973-08-24 | 1978-08-15 | Unigate Limited | Electro-chemical cells |
| US4161063A (en) * | 1977-01-31 | 1979-07-17 | Gte Laboratories Incorporated | Method of making a cathode for an electrochemical cell |
| RU2040832C1 (ru) * | 1992-12-18 | 1995-07-25 | Научно-производственная фирма "РИКО" | Газодиффузионный электрод для химического источника тока |
| RU2152670C1 (ru) * | 1999-10-29 | 2000-07-10 | Серопян Георгий Ваграмович | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1660077A1 (ru) * | 1986-08-04 | 1991-06-30 | Tsentralen Inst Khim Promi | Композиция для микропористых сепараторов и способ ее получения |
-
2000
- 2000-10-23 RU RU2000126419/09A patent/RU2170477C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2000-12-15 AU AU2001227173A patent/AU2001227173A1/en not_active Abandoned
- 2000-12-15 WO PCT/RU2000/000509 patent/WO2002035622A1/ru not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4107397A (en) * | 1973-08-24 | 1978-08-15 | Unigate Limited | Electro-chemical cells |
| US4066823A (en) * | 1973-09-11 | 1978-01-03 | Armstrong William A | Method for a low temperature oxygen electrode |
| US4161063A (en) * | 1977-01-31 | 1979-07-17 | Gte Laboratories Incorporated | Method of making a cathode for an electrochemical cell |
| RU2040832C1 (ru) * | 1992-12-18 | 1995-07-25 | Научно-производственная фирма "РИКО" | Газодиффузионный электрод для химического источника тока |
| RU2152670C1 (ru) * | 1999-10-29 | 2000-07-10 | Серопян Георгий Ваграмович | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199799C1 (ru) * | 2001-08-21 | 2003-02-27 | Груздев Александр Иванович | Газодиффузионный электрод для химических источников тока |
| RU2256981C1 (ru) * | 2004-03-30 | 2005-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕНСИС" (ООО "ИНТЕНСИС") | Электрод щелочного топливного элемента и способ его изготовления |
| WO2005096419A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu 'intensis' | Electrode of alkaline fuel cell and method for producing thereof |
| RU2260878C1 (ru) * | 2004-04-23 | 2005-09-20 | Черепанов Владимир Борисович | Газодиффузионный катод и способ его изготовления |
| RU2373613C2 (ru) * | 2004-07-19 | 2009-11-20 | Уде Гмбх | Серебряный газодиффузионный электрод для использования в co2-содержащем воздухе и способ его изготовления |
| RU2344516C2 (ru) * | 2007-03-05 | 2009-01-20 | Юрий Михайлович Демидов | Способ получения газодиффузионного электрода химического источника тока |
| RU2332752C1 (ru) * | 2007-04-03 | 2008-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" | Способ изготовления каталитически активного слоя газодиффузионного электрода |
| US10637068B2 (en) | 2013-07-31 | 2020-04-28 | Aquahydrex, Inc. | Modular electrochemical cells |
| US11018345B2 (en) | 2013-07-31 | 2021-05-25 | Aquahydrex, Inc. | Method and electrochemical cell for managing electrochemical reactions |
| US11005117B2 (en) | 2019-02-01 | 2021-05-11 | Aquahydrex, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
| US11682783B2 (en) | 2019-02-01 | 2023-06-20 | Aquahydrex, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
| US12080928B2 (en) | 2019-02-01 | 2024-09-03 | Edac Labs, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002035622A1 (fr) | 2002-05-02 |
| AU2001227173A1 (en) | 2002-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3899354A (en) | Gas electrodes and a process for producing them | |
| EP0603175B1 (en) | High utilization supported catalytic metal-containing gas-diffusion electrode, process for making it, and cells utilizing it | |
| US4876115A (en) | Electrode assembly for use in a solid polymer electrolyte fuel cell | |
| US4894355A (en) | Flexible, water-repellent baked carbon plate, its production, fuel cell electrode, fuel cell electrode plate and its production and fuel cell | |
| US6610432B1 (en) | Impregnation of microporous electrocatalyst particles for improving performance in an electrochemical fuel cell | |
| CA2368258C (en) | Gas diffusion substrates | |
| AU2016352909B2 (en) | Improved electrode for redox flow battery | |
| EA009404B1 (ru) | Углеродный материал с привитым проводящим полимером для применения в топливных элементах | |
| US20140205919A1 (en) | Gas diffusion layer with improved electrical conductivity and gas permeability and process of making the gas diffusion layer | |
| JPH09511018A (ja) | 高性能電解セル電極構造及びそのような電極構造の製造方法 | |
| RU2170477C1 (ru) | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления | |
| Waldrop et al. | Electrospun nanofiber electrodes for high and low humidity PEMFC operation | |
| JPH10223233A (ja) | 燃料電池用電極および電極電解質膜接合体 | |
| KR100708732B1 (ko) | 연료전지용 애노드, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지 | |
| US6306536B1 (en) | Method of reducing fuel cell performance degradation of an electrode comprising porous components | |
| RU2040832C1 (ru) | Газодиффузионный электрод для химического источника тока | |
| RU2152670C1 (ru) | Газодиффузионный электрод и способ его изготовления | |
| US3335034A (en) | Electrodes for fuel cells and the like and process for their manufacture | |
| US7459487B2 (en) | Polymer composite membrane and method of making the same | |
| JP2021184368A (ja) | 燃料電池用の積層体 | |
| JP2021184373A (ja) | 燃料電池用のカソード側ガス拡散層 | |
| RU2260878C1 (ru) | Газодиффузионный катод и способ его изготовления | |
| DE69129501T2 (de) | Katalytische metallenthaltende gasdiffusionselektrode mit hohem wirkungsgrad, herstellungsverfahren und zelle mit dieser elektrode | |
| KR100528723B1 (ko) | 연료전지용 고분자 전해질 착물막과 이의 제조방법 | |
| RU2154876C1 (ru) | Способ изготовления углеродного электрода для электрохимического устройства |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051024 |