RU2388849C1 - Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления - Google Patents
Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388849C1 RU2388849C1 RU2008139179/15A RU2008139179A RU2388849C1 RU 2388849 C1 RU2388849 C1 RU 2388849C1 RU 2008139179/15 A RU2008139179/15 A RU 2008139179/15A RU 2008139179 A RU2008139179 A RU 2008139179A RU 2388849 C1 RU2388849 C1 RU 2388849C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- layers
- current collector
- particles
- sintering
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Изобретение относится к коллектору тока и способу его изготовления и может быть использовано в электрохимических устройствах. Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом, состоящий из спеченного титанового порошка сферической формы, выполнен многослойным. Первый слой содержит однородные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷20 мкм, а последующие слои содержат различные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷250 мкм. Максимальный размер частиц в каждом последующем слое больше максимального размера частиц предыдущего слоя, причем содержание в слоях частиц с размером 5÷20 мкм снижается от 100% мас., в первом слое до 5-10% мас. в последнем слое. Способ изготовления указанного коллектора включает послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев, причем после засыпки каждого слоя осуществляют промежуточное его спекание при 800-950°С, а затем проводят окончательное спекание всех слоев при 1000-1200°С. Изобретение позволяет улучшить пористую структуру коллектора и повысить эффективность работы электрохимических систем. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.
Description
Настоящие изобретения относятся к коллектору тока и способу его изготовления. Коллекторы тока используются в электрохимических устройствах, в частности в электролизерах воды, предназначенных для получения водорода и кислорода, а также в топливных элементах с твердым полимерным электролитом.
Известны коллекторы тока на основе спеченной губки или титанового порошка сферической формы, состоящие из нескольких слоев различного фракционного состава, причем каждый из слоев имеет однородный фракционный состав, а именно один слой состоит из мелких частиц, другой из средних, а третий из крупных частиц (см. ЕР №1361010, B01D 39/20, 2003; ЕР №1683594, B22F 5/00, 2006).
Известен способ получения коллектора тока, включающий послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев при температурах 650-1200°С (см. ЕР №1361010, B01D 39/20, 2003).
Недостатком известных коллекторов тока является ограниченный поток воды по направлению к полимерной мембране вследствие неоптимальной пористой структуры коллекторов. Особенно этот эффект проявляется при работе электролизера воды при высоких плотностях тока (более 2 А/см2), в электролизных системах с катодной подачей воды. Кроме того, данное свойство во многом снижает параметры работы электрохимической системы с твердым полимерным электролитом в режиме обратимого топливного элемента.
Технический результат, который может быть получен от использования заявленных изобретений, заключается в улучшении пористой структуры коллектора, обеспечивающей решение проблемы водного снабжения электрохимических систем, и повышение эффективности их работы.
Указанный технический результат достигается при использовании коллектора тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом из спеченного титанового порошка сферической формы, выполненный многослойным, причем первый слой порошка, который располагается к мембране, имеет однородные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷20 мкм, а последующие слои содержат различные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷250 мкм, при этом максимальный размер частиц в каждом последующем слое больше максимального размера частиц предыдущего слоя, а содержание в слоях частиц с размером 5÷20 мкм снижается от 100% мас. в первом слое до 5-10% мас. в последнем слое.
Способ изготовления коллектора тока включает послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев, при этом после засыпки каждого слоя осуществляют промежуточное его спекание при 800-950°С и затем проводят окончательное спекание всех слоев при 1000-1200°С.
Промежуточное и окончательное спекание осуществляют без нагружения, при этом промежуточное спекание осуществляют в течение 15-20 мин, а окончательное спекание проводят в течение 50-60 мин.
Способ изготовления коллектора тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом поясняется следующим примером.
Засыпают первый слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0 фракции 10 мкм в форму, толщина слоя составляет ≈0,04 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 15 мин без нагружения.
Засыпают второй слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего на 15% мас. из фракции 5 мкм, 15% мас.% из фракции 20 мкм и на 70% мас.% из фракции 50 мкм, в форму поверх первого слоя, толщина слоя составляет ≈0,1 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание второго слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 20 мин без нагружения.
Засыпают третий слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего на 20% мас. из фракции 20 мкм, 30% мас.50 мкм и на 50% мас. из фракции 125 мкм, в форму поверх второго слоя, толщина третьего слоя ≈0,2 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание третьего слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 15 мин без нагружения.
Засыпают четвертый слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего на 5% мас. из фракции 20 мкм, 15% мас. из фракции 50 мкм и на 80% мас. из фракции 200 мкм, в форму поверх третьего слоя, толщина четвертого слоя составляет ≈0,4 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание четвертого слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 15 мин без нагружения.
Затем проводят окончательное спекание образца коллектора тока с бипористой структурой в вакуумной печи (вакуум не хуже 5·10-3 Па или в среде инертного газа) при температуре 1060-1080°С в течение 60 мин без нагружения. После остывания извлекают образец из формы.
Полученный коллектор тока имеет бипористую структуру, т.е. в нем имеются системы пор с различными диаметрами, обеспечивающие заполнение пор водой при различных режимах работы. Такой эффект достигается оптимизированным распределением пористой структуры в поперечном сечении за счет использования в слоях титанового порошка переменного фракционного состава от 5 до 250 мкм.
Claims (4)
1. Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом, состоящий из спеченного титанового порошка сферической формы, выполненный многослойным, отличающийся тем, что первый слой имеет однородные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷20 мкм, а последующие слои содержат различные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷250 мкм, при этом максимальный размер частиц в каждом последующем слое больше максимального размера частиц предыдущего слоя, а содержание в слоях частиц с размером 5÷20 мкм снижается от 100 мас.%, в первом слое до 5-10 мас.% в последнем слое.
2. Способ изготовления коллектора тока по п.1, включающий послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев, отличающийся тем, что после засыпки каждого слоя осуществляют промежуточное его спекание при 800-950°С и затем проводят окончательное спекание всех слоев при 1000-1200°С.
3. Способ изготовления коллектора тока по п.2, отличающийся тем, что промежуточное и окончательное спекание осуществляют без нагружения.
4. Способ изготовления коллектора тока по п.2, отличающийся тем, что промежуточное спекание осуществляют в течение 15-20 мин, а окончательное спекание проводят в течение 50-60 мин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139179/15A RU2388849C1 (ru) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139179/15A RU2388849C1 (ru) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2388849C1 true RU2388849C1 (ru) | 2010-05-10 |
Family
ID=42673944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008139179/15A RU2388849C1 (ru) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2388849C1 (ru) |
-
2008
- 2008-10-02 RU RU2008139179/15A patent/RU2388849C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Majasan et al. | Effect of microstructure of porous transport layer on performance in polymer electrolyte membrane water electrolyser | |
| KR102117722B1 (ko) | 전기화학 응용분야를 위한 메조다공성 흑연 입자의 용도 | |
| CN103774149B (zh) | 一种高强纳米多孔镍膜的制备方法 | |
| KR102625438B1 (ko) | 전기화학 전지의 다공성 수송층을 제조하는 방법 | |
| CN104894595B (zh) | 一种高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极及其制备方法 | |
| CN111020329B (zh) | 一种基于W-Fe-C体系腐蚀法制备多孔钨材料的方法 | |
| JP2014502673A5 (ru) | ||
| CN1961443A (zh) | 用于固体氧化物燃料电池的基于镍泡沫和毡的阳极 | |
| JPWO2007126118A1 (ja) | 木材を原料とするマクロポーラス炭素材料とメソポーラス炭素材料およびその製造方法、ならびにポーラス金属炭素材料とその製造方法 | |
| KR101395770B1 (ko) | 직접탄소 연료전지용 애노드 전극 및 이를 포함하는 직접탄소 연료전지 | |
| Wu et al. | The stability of hydrogen evolution activity and corrosion behavior of porous Ni3Al–Mo electrode in alkaline solution during long-term electrolysis | |
| KR101939666B1 (ko) | 부식방지 기체 확산층 및 그 제조방법과 이를 구비한 막전극접합체 | |
| CN107949662A (zh) | 用于碱性水电解池的隔膜‑电极组件 | |
| TW201547097A (zh) | 氣體擴散電極基材以及具備其之膜電極接合體及燃料電池 | |
| CN112048635A (zh) | 一种微纳米分级多孔铜及其制备方法 | |
| JP2020164904A (ja) | 多孔質体電極およびそれを備えた水電解セル | |
| CN113308707A (zh) | 用于电化学还原二氧化碳的气体扩散电极 | |
| RU2388849C1 (ru) | Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления | |
| Jiang et al. | Hierarchical microporous Ni-based electrodes enable “Two Birds with One Stone” in highly efficient and robust anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) | |
| KR101061981B1 (ko) | 금속 다공질체, 수처리 및 전기도금용 다공질 불용성 전극,및 이들의 제조방법 | |
| KR102243511B1 (ko) | 수전해 전극 및 그 제조방법 | |
| KR20190027251A (ko) | 양성자 교환막 물 전해 장치용 막 전극 접합체 및 양성자 교환막 물 전해 장치용 막 전극 접합체의 제조 방법 | |
| Ito et al. | Gas crossover suppression by controlling wettability of cathode current collector | |
| KR101288407B1 (ko) | 고체산화물 연료전지용 음극의 제조방법 및 이로부터 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 | |
| JP5083936B2 (ja) | 金属多孔質体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120712 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131003 |