RU2395339C2 - Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения - Google Patents

Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2395339C2
RU2395339C2 RU2008141411/04A RU2008141411A RU2395339C2 RU 2395339 C2 RU2395339 C2 RU 2395339C2 RU 2008141411/04 A RU2008141411/04 A RU 2008141411/04A RU 2008141411 A RU2008141411 A RU 2008141411A RU 2395339 C2 RU2395339 C2 RU 2395339C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
palladium
mixture
carbon
fuel cell
Prior art date
Application number
RU2008141411/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008141411A (ru
Inventor
Аслан Юсупович Цивадзе (RU)
Аслан Юсупович Цивадзе
Михаил Романович Тарасевич (RU)
Михаил Романович Тарасевич
Владимир Григорьевич Систер (RU)
Владимир Григорьевич Систер
Вера Александровна Богдановская (RU)
Вера Александровна Богдановская
Владимир Николаевич Андреев (RU)
Владимир Николаевич Андреев
Виктор Михайлович Андоралов (RU)
Виктор Михайлович Андоралов
Наталья Александровна Капустина (RU)
Наталья Александровна Капустина
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН)
Priority to RU2008141411/04A priority Critical patent/RU2395339C2/ru
Publication of RU2008141411A publication Critical patent/RU2008141411A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2395339C2 publication Critical patent/RU2395339C2/ru

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

Изобретение относится к области катализаторов для топливных элементов, в частности к катализатору для катода топливного элемента, а также к способу его получения. Описан катализатор для катода топливного элемента, включающий сплав палладия и металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси, на углеродном носителе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аморфизованный углерод при следующем содержании компонентов, мас.%:
палладий 5,0-20,0 металл или смесь металлов 1,5-11,0 аморфизованный углерод 1,0-3,0 углеродный носитель остальное,
при атомном соотношении металлов в сплаве палладий : металл или смесь металлов=(1,0-1,8):(0,55-1.0). Также описан способ получения указанного выше катализатора для катода топливного элемента, включающий диспергирование ультразвуком углеродного носителя и по меньшей мере одного из прекурсоров палладия и металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси в среде органического растворителя, выделение катализатора и его термообработку в инертной атмосфере при температуре 700-900°С. Технический результат - получен катализатор, обладающий повышенной каталитической активностью и являющийся коррозионно-устойчивым при использовании протонообменных полимерных электролитов в водородо-воздушных топливных элементах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относится к области катализаторов для топливных элементов (ТЭ), в частности к катализатору для катода топливного элемента, а также к способу его получения.
Токогенерирующие процессы в ТЭ идут на пористых электродах (аноде и катоде) с нанесенными катализаторами (наиболее широко применяются катализаторы на основе платины), где химическая энергия, запасенная в водороде и кислороде, эффективно преобразуется в электрическую энергию. Водород окисляется на аноде, а кислород восстанавливается на катоде.
Существуют различные типы ТЭ, которые обычно классифицируют по используемому топливу, рабочему давлению и температуре, а также по характеру применения.
ТЭ различного назначения являются важнейшей составной частью альтернативной и водородной энергетики, так как обеспечивают наиболее эффективное преобразование химической энергии в электрическую. Их расширенное применение сдерживается высокой стоимостью, обусловленной в значительной степени применением платиновых электрокатализаторов, стоимость которых составляет до 30% от общей стоимости топливного элемента. В связи с этим весьма актуальной является задача получения катализаторов со сниженным содержанием платины или их замена на электрокатализаторы, не содержащие платину.
Новые подходы к синтезу наноразмерных неплатиновых катализаторов базируются на использовании органических прекурсоров - компонентов каталитических систем. Выбор химической структуры органического прекурсора и условий его взаимодействия с другими компонентами позволяет направленно синтезировать би- и триметаллические электрокатализаторы.
Катодные катализаторы (катализаторы электровосстановления молекулярного кислорода) являются наиболее важной составной частью, определяющей эффективность функционирования ТЭ в целом. При этом они должны отвечать ряду требований: обеспечивать эффективное восстановление кислорода непосредственно до воды без образования пероксида водорода, быть коррозионно-устойчивыми при использовании протонообменных полимерных электролитов (типа нафион) при разработке водородовоздушных ТЭ и, кроме того, быть толерантными в отношении спиртов в спиртово-воздушных топливных элементах.
Известны каталитические системы, в частности для окисления водорода, состоящие из Pd-Ni-Cu - сплавов (патент DE 3725290).
Оказалось, что такие катализаторы из сплавов Pd-Ni-Cu, а также Pd-Ag или Pd-Cu, нанесенные на материал-носитель, весьма эффективны при применении, например, в аварийных ситуациях на атомных станциях. Эти сплавы отличаются высокой каталитической активностью в присутствии "катализаторных ядов", таких как Со, J и S. Сплавы демонстрируют очень небольшую задержку времени до начала каталитической реакции.
Известен также катализатор, содержащий палладий или его сплавы, либо платину и носитель - нержавеющую или ферритную сталь, либо монель-металл, выполненные в виде листового материала, ткани, сетки или гранулята и устойчивые к коррозионному действию водяного пара (патент RU № 2099137),
В качестве сплава палладия катализатор содержит палладий-никель-медный сплав при массовом соотношении Pd: Ni: Cu=(90-99):(4-9):1 соответственно либо палладий-медный или палладий-серебряный сплав при массовом соотношении палладия к меди или серебру, равном 99:1 соответственно.
Устойчивость носителя к коррозии препятствует его окислению в присутствии водяного пара, вследствие чего даже при распаде каталитического слоя катализаторы не выделяют вредных продуктов окисления.
В качестве материала-носителя могут быть использованы, в частности, низко легированные железистые стали с незначительным содержанием хрома и никеля, благородные легированные стали и другие благородные стали этой серии, а также аустенические стали, отличающиеся более низкой устойчивостью к коррозии в сравнении с углеродистыми сталями.
Указанные носители только незначительно растворяют водород, что обусловливает незначительное выделение водорода при охлаждении носителя. Поскольку окисные слои между материалом-носителем и каталитическим слоем препятствуют полному соединению поверхностей носителя и покрытия и вызывают растрескивание каталитического слоя, их перед нанесением каталитического слоя удаляют, а каталитический слой наносят на обработанный пескоструйным способом носитель. Такая обработка увеличивает поверхность катализатора, т.е. во время нанесения покрытия из паров образующиеся в результате напыления каталитические слои осаждаются в углублениях обработанной пескоструйным способом поверхности носителя и сохраняются внутри микроскопических пустот при формировании шероховатой поверхности материала-носителя.
Из патента RU 2191070 известен катализатор на основе благородных металлов (платины, палладия, рутения, родия, иридия), нанесенных на графитоподобный углеродный носитель в количестве не менее 0.01 мас.%, а также на основе смесей или сплавов благородных металлов (платины, палладия, рутения, родия, иридия), содержащих два и более металла, нанесенных на графитоподобный углеродный носитель с суммарным содержанием металлов не менее 0,01 мас.%. Графитоподобный углеродный материал представляет собой трехмерную углеродную матрицу с объемом пор 0,2-1,7 см3/т.
Катализатор получают нанесением комплексных соединений благородных металлов, например Ptn(CO)2n, Ru[(CO(NH2)2)]Cl2, RuOHCl3, [Рd(Н2O)4](NО3)2 и т.д., на графитоподобный углеродный материал.
В ЕР 1941570 описан катализатор для катода топливного элемента на основе сплава, содержащего палладий и дополнительный металл, выбранный из Со, Fe, Au, Cr, W, за исключением комбинации PdCoAu. Сплав может быть нанесен на носитель, в частности на углеродный носитель.
В US 2006135359 описан катализатор для топливного элемента, включающий палладийсодержащий сплав в комбинации с металлом, выбранным из Ni, Со, Fe, Au.
Сплав может быть нанесен, в частности, на углеродный носитель.
Ближайшим аналогом является катализатор для катода топливного элемента, описанный в ЕР 184920, представляющий собой сплав палладия и кобальта, в сочетании с металлом, в частности, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Ag, Pt, Au.
Катализатор может быть нанесен на различные носители, в частности на углеродсодержащий носитель.
Все описанные катализаторы обладают недостаточно высокой коррозионной устойчивостью и каталитической активностью.
Ближайшим аналогом заявленного способа получения катодного катализатора является способ, описанный в ЕР 1812160, включающий следующие стадии:
- приготовление раствора прекурсора металла, выбранного из Ti, V, Cr, Fe, Mg, Со, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Tl, Re;
- добавление к полученному раствору материала-носителя, в частности углеродсодержащего, с получением суспензии;
- нагревание суспензии до температуры 80-160°С и добавление прекурсора металла, выбранного из Pt, Pd, Au;
- нагревание полученной суспензии до точки кипения органического растворителя и выдержка при этой температуре в течение 30-120 минут;
- охлаждение суспензии до комнатной температуры и отделение катализатора.
К недостаткам известного способа следует отнести недостаточно высокую глубину сплавообразования, а также способность частиц катализатора к агломерации.
Новые подходы к синтезу наноразмерных неплатиновых катализаторов или катализаторов с пониженным содержанием платины базируются на использовании органических прекурсоров - компонентов каталитических систем. Выбор химической структуры органического прекурсора и условий его взаимодействия с другими компонентами позволяет направленно синтезировать би- и триметаллические катализаторы.
Задачей настоящего изобретения является разработка катализатора, обладающего повышенной активностью и коррозионной устойчивостью, для использования его при создании активных слоев катодов водородовоздушных и спиртововоздушных топливных элементов.
В соответствии с изобретением поставленная задача решается катализатором для катода топливного элемента, включающим сплав палладия и металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси, на углеродном носителе, и дополнительно аморфизованный углерод при следующем содержании компонентов, мас.%:
палладий 5,0-20,0
металл или смесь металлов 1,5-11,0
аморфизованный углерод 1,0-3,0
углеродный носитель остальное,
при атомном соотношении металлов в сплаве палладий: металл или смесь металлов=(1,0-1,8):(0,55-1,0).
Предпочтительно в качестве углеродного носителя катализатор содержит высокодисперсную сажу.
Поставленная задача решается также способом получения катализатора для катода топливного элемента, заключающимся в диспергировании прекурсоров палладия и металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси, и углеродного носителя в среде органического растворителя, выделении катализатора и его термообработке, причем диспергирование осуществляют ультразвуком и термообработку ведут в инертной атмосфере при температуре 700-900°С.
Предпочтительно в качестве прекурсоров используют органические комплексы металлов, соли металлов и азотсодержащие соединения: порфирины, фталоцианины, пропилендиамин, этилендиамин.
Предпочтительным является нанесение металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси, на готовый катализатор 20% Pd/C.
Присутствие прекурсора в реакционном объеме препятствует агломерированию и обеспечивает получение металлической фазы с большой глубиной сплавообразования. Сплавообразование в би- и триметаллических наносистемах в несколько раз повышает их электрокаталитическую активность по сравнению с моносистемами и придает высокую коррозионную стабильность.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Синтез биметаллического катализатора Pd-Co/C.
Биметаллический катализатор Pd-Co/C синтезируют на основе готового катализатора 20 мас.% Pd/C (E-TEK).
100 мг готового катализатора 20% Pd/C и 24,5 мг СоСl2·6Н2О диспергируют в 75 мл изопропилового спирта в ультразвуковой ванне в течение 1 часа, затем обе смеси объединяют, диспергируют еще 1 час, затем перемешивают на магнитной мешалке (v=1000 об/мин) в течение 1 часа. Осаждение гидроксида кобальта на Pd/C осуществляют водным раствором КОН (концентрация раствора 10-3 М, рН 12). Осаждение проводят в течение 3-х часов до установления рН раствора смеси равного 9,0-9,5. Далее раствор упаривают наполовину и отмывают каталитическую смесь от ионов калия, сульфат- и хлорид-ионов дистиллированной водой при температуре 60-80°С. Раствор декантируют. Процесс повторяют несколько раз. В отдельной емкости растворяют пропилендиамин в этиловом спирте и медленно приливают к осадку, оставляют на 12 часов.
Затем катализатор высушивают на водяной бане и прогревают в кварцевой трубке в атмосфере аргона 40 мин при температуре 840°С.
Получают катализатор, представляющий собой сплав Pd-Co при атомном отношении Pd:Со=1:0.55, на углеродном носителе при следующем содержании компонентов, мас.%:
Палладий 20,0
Кобальт 6,0
Структура полученного катализатора представлена на рентгенограмме (фиг.1).
Как следует из представленных данных, содержание кристаллической фазы относительно велико по сравнению с аморфной.
Образец является двухфазным, при этом эти фазы не являются ни чистым палладием, ни близким к палладию соединением СоРd2. Происходит расслаивание образца на две фазы с промежуточным содержанием кобальта. Фаза, наиболее близкая по положениям линий к палладию (далее фаза 1), имеет параметр ячейки 3,831(8)Å. Фаза, наиболее близкая по положениям линий к CoPd2 (далее фаза 2), имеет параметр 3,807(2)Å. Содержание фазы 2 выше содержания фазы 1. Оценочное содержание кобальта в палладии в фазе 1 по правилу Вегарта составило 17%, а в фазе 2 составило 24%. Содержание аморфизованного углерода составляет 1,2%.
Пример 2.
Синтез биметаллического катализатора Pd-Co/C.
37,5 мг тетра(метоксифенил) порфирина кобальта (ТМФПСо) и 57,5 мг углеродного носителя (сажи) предварительно диспергируют в течение 1 часа в ультразвуковой ванне в 50 мл смеси этилового спирта и хлороформа (1:1).
Раствор хлорида палладия с массовым содержанием палладия 5 мг диспергируют в 25 мл этилового спирта. Полученные растворы смешивают, выдерживают 12 часов, затем растворители удаляют из смеси выпариванием на водяной бане, а сухой остаток прогревают в кварцевой трубке при 850°С в течение 1 часа в инертной атмосфере.
Получают катализатор, представляющий собой сплав Pd-Co при атомном отношении Pd:Со=1:1, на саже при следующем содержании компонентов, мас.%:
Палладий 5,0
Кобальт 2,7
Аморфизованный углерод 1.8
Углеродный носитель остальное.
Пример 3.
Синтез триметаллического катализатора Pd-Co-Cr/C.
Триметаллический катализатор Pd-Co-Cr/C синтезируют на основе готового катализатора 20 мас.% Pd/C.
Используют хлорид кобальта (CoCl2·6Н2О), прекурсор хрома - ацетат хрома (Сr(СН3СОО)3) и комплексообразователь - пропилендиамин.
100 мг готового катализатора 20 маc.% Pd/C и 22,5 мг CoCl2·6Н2О диспергируют в изопропиловом спирте в ультразвуковой ванне в течение 1 часа, затем обе смеси объединяют, диспергируют еще 1 час. В полученную смесь при непрерывном перемешивании на магнитной мешалке медленно (50 мкл/с) прибавляют раствор, содержащий 2,4 мг ацетат хрома в изопропиловом спирте. Осаждение гидроксидов кобальта и хрома на Pd/C осуществляют водным раствором КОН (концентрация раствора 10-3 М, рН 12). Осаждение проводят в течение 3-х часов до установления рН раствора смеси равного 9,0-9,5. Далее раствор упаривают наполовину и отмывают каталитическую смесь от ионов калия, сульфат- и хлорид-ионов дистиллированной водой при температуре 60-80°С. Раствор декантируют. Процесс повторяют несколько раз. В отдельной емкости растворяют пропилендиамин в этиловом спирте и медленно приливают к осадку, оставляют на 12 часов/
Затем катализатор высушивают на водяной бане и прогревают в кварцевой трубке в атмосфере аргона 40 мин при температуре 840°С.
Получают катализатор, представляющий собой сплав Pd-Co-Cr при атомном отношении Pd:Со:Сr=1:0.5:0.055, на углеродном носителе при следующем содержании компонентов, маc.%:
Палладий 20,0
Кобальт 5,5
Хром 0,5
Аморфизованный углерод 1,8
Углеродный носитель остальное.
Пример 4.
Синтез триметаллического катализатора Pd-Co-Cr/C.
37,0 мг тетра(метоксифенил) порфирина кобальта (ТМФПСо), 2,8 мг фталоцианина хрома (III) и 55,2 мг углеродного носителя - сажи ХС 72 предварительно диспергируют в течение 1 часа в ультразвуковой ванне в 50 мл смеси этилового спирта и хлороформа (1:1).
Раствор PdCl2 с массовым содержанием палладия 5 мг диспергируют в 25 мл этилового спирта. Полученные растворы смешивают, выдерживают 12 часов, затем растворители удаляют из смеси выпариванием на водяной бане, а сухой остаток прогревают в кварцевой трубке при 850°С в течение 1 часа в инертной атмосфере.
Получают катализатор, представляющий собой сплав Pd-Co-Cr при атомном отношении металлов Pd:Со:Сr=1:0.55:0.45 на саже при следующем содержании компонентов, мас.%:
Палладий 5,0
Кобальт 2,7
Хром 0,5
Аморфизованный углерод 2,0
Углеродный носитель остальное.
Пример 5.
Синтез катализатора Pd-Pt/C
Расчетные количества (для синтеза 200 мг катализатора) водного раствора хлорида палладия, спиртового раствора гексахлороплатиновой кислоты, сажи XC72R смешивают с 50 мл деионизованной воды и этилендиамином и обрабатывают ультразвуком 30 мин. Полученную суспензию упаривают при 65°С при постоянном перемешивании. Полученный порошок прогревают при 200°С в смеси аргона с водородом 1 час и 10 мин в токе аргона при температуре 700°С. Предварительные модельные исследования показали, что достаточная стабилизация катализатора происходит при 700°С. С увеличением температуры прогрева происходит рост частиц и соответственно уменьшение площади поверхности металлической фазы.
Получают катализатор, представляющий собой сплав Pd-Pt с атомным соотношением Pd:Pt=1,8:1, на саже при следующем содержании компонентов, мас.%:
Палладий 5,0
Платина 5,0
Аморфизованный углерод 1,8
Углеродный носитель остальное.
Структура полученного катализатора представлена на дифрактограмме(фиг.2).
По данным рентгенофазового анализа (РФА), катализатор Pd-Pt/C после проведения температурной обработки при температурах 700 и 900°С представляет собой сплав. Однако при 900°С частицы сплава укрупняются. Образцы, термообработанные как при 700, так и при 900°С, являются однофазными и практически идентичными. Положения пиков (согласно PDF-2) соответствуют линиям индивидуального соединения PdPt. Для твердого раствора, полученного при 700°С, параметр а составил 3,897(3) Å, а для 900°С параметр а составил 3,895(1) Å. Для индивидуального соединения PdPt параметр а составляет 3,896 Å. Таким образом, данные каталитические системы представляют собой сплавы.
Аналогично готовят катализаторы с другими металлами, состав получаемых катализаторов представлен в таблице 1, где ПДА - пропилендиамин, Фц - фталоцианин.
Таблица 1.
Исходные компоненты для синтеза катализатора Состав катализатора Атомное соотношение металлов в сплаве
20%Pd/C+6%Co+1,2%V(VOSO)+ПДА 20%Pd+6%Co+1,2%V Аморфизованный углерод - 1.3 Pd:Co:V=1:0,55:0,125
20% Pd/C+6% Co+l,2% Cu(CuSO4)+ФЦ 20%Pd+6%Co+1,2%Cu Аморфизованный углерод - 1.8 Pd:Co:Cu=1:0.55:0,l
20% Pd/C+6% Co+1,2% Au(HAuCl4)+ПДА 20%Pd+6%Co+1.2%Au Аморфизованный углерод - 1.4 Pd:Co:Au=1:0.55:0,03
20%Pd/C+6%Co+1,2%Ag(AgNO3)+ПДА 20%Pd+6%Co+1,2%Ag Аморфизованный углерод - 1.3 Pd:Co:Ag=1:0,55:0,06
Коррозионное тестирование.
Измерения проводят на дисковом электроде с нанесенным слоем катализатора в 0,5 М Н2SO4 при температуре 60°С в атмосфере аргона.
Катализатор наносят в виде каталитических чернил в количестве 200 мкг/см2.
Перед проведением коррозионного воздействия записывают вольтамперограмму в интервале потенциалов 0,02-1,10 В до установления стационарной кривой и по величине десорбции водорода определяют удельную площадь поверхности металла. Задают нужное значение потенциала и записывают хронометрическую кривую спада тока.
После пропускания определенного количества электричества поляризацию отключают и записывают циклическую вольтамперограмму в широкой области потенциалов и по количеству электричества, пошедшего на десорбцию водорода, определяют изменение величины поверхности.
На представленном чертеже (фиг.3) приведены кривые относительного изменения поверхности металлической фазы катализаторов при пропускании различного количества электричества.
Как видно из представленных данных, известный готовый катализатор 20% Pd/C (Е-ТЕК) деградирует с большей скоростью как при потенциале 0,9, так и 1,0 В (кривые 5 и 6).
Катализаторы по изобретению, полученные по примерам 1 и 3, деградируют с меньшей скоростью (кривые 1, 4 и 2, 3, соответственно).
За время ~1,5 часа и пропускании 100 мКл при потенциале 0,9 В удельная поверхность бинарного катализатора уменьшается на 75%, а триметаллического - на 60%.
Следует отметить, что скорость коррозии выше в начальный период поляризации, а затем снижается и дальнейшего уменьшения поверхности металлической фазы не наблюдается в отличие от палладия, который растворяется полностью.
Таким образом, проведенное коррозионное тестирование показывает существенное увеличение стабильности би- и триметаллических катализаторов-сплавов, что обеспечивается высокой степенью сплавообразования и наличием аморфизованного углерода, экранирующего тонким слоем поверхность металлической фазы, что препятствует растворению металлов.
Полученные катализаторы подвергают испытанию на макете водородовоздушного топливного элемента.
При изготовлении мембрано-электродных блоков (МЭБ) для низкотемпературного водородовоздушного топливного элемента применяют стандартные газодиффузионные слои LT1200w и мембрану Nafion 112.
Активный слой, состоящий из катализатора и нафиона, наносят непосредственно на микропористую часть газодиффузионного слоя при температуре 100°С путем напыления каталитических чернил аэрографом, где в качестве распыляющего газа используют азот.
Газодиффузионные электроды с нанесенным активным слоем помещают по разные стороны мембраны напротив друг друга.
Испытания МЭБ проводят на станции «Electro Chem, Inc.».
Температура ячейки 65°С.
100% увлажнение устанавливают нагревом увлажнителей до 65°С.
Газовые потоки на катоде и на аноде 250 мл/мин и 100 мл/мин соответственно.
Давление поддерживают 1 атм.
Стабильность работы МЭБ проверяют, измеряя зависимость потенциала от времени в течение двух часов, изначально задавая ток, соответствующий 0,60 В.
Испытанию подвергают МЭБ с катодными катализаторами, содержащими в качестве активной фазы катализатор по изобретению.
В качестве анодного катализатора используют коммерческий катализатор 20% Pt (HiSPEC 3000).
Данные испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Катодный катализатор Содержание металлич. фазы на катоде, мг/см2 Pmax, Вт/см2 i при 0.6 В, А/см2 h (толщина активного слоя катода), мкм
1 По примеру 1 0,59 0,185 0,092 95
2 По примеру 2 0,49 0,180 0,168 305
3 По примеру 3 0.51 0.155 0.070 65
4 По примеру 5 0.28 0.338 0.441 110
Как следует из представленных данных, катализаторы по изобретению проявляет повышенную активность, обеспечивая эффективное восстановление кислорода непосредственно до воды, без образования пероксида водорода, является коррозионно-устойчивым при использовании протонообменных полимерных электролитов (типа нафион) при разработке водородовоздушных ТЭ.
Кроме того, катализатор по изобретению является толерантным в отношении спиртов в спиртово-воздушных топливных элементах.

Claims (5)

1. Катализатор для катода топливного элемента, включающий сплав палладия и металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси, на углеродном носителе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аморфизованный углерод при следующем содержании компонентов, мас.%:
палладий 5,0-20,0 металл или смесь металлов 1,5-11,0 аморфизованный углерод 1,0-3,0 углеродный носитель остальное,

при атомном соотношении металлов в сплаве палладий:металл или смесь металлов=(1,0-1,8):(0,55-1,0).
2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродного носителя он содержит высокодисперсную сажу.
3. Способ получения катализатора для катода топливного элемента, включающий диспергирование углеродного носителя и по меньшей мере одного из прекурсоров палладия и металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси в среде органического растворителя, выделение катализатора и его термообработку, отличающийся тем, что диспергирование осуществляют ультразвуком и термообработку ведут в инертной атмосфере при температуре 700-900°С и получают катализатор по пп.1 и 2.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве прекурсоров используют органические комплексы металлов, соли металлов и азотсодержащие соединения.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что нанесение металла, выбранного из кобальта, хрома, ванадия, серебра, меди, золота, платины или их смеси, осуществляют на готовый катализатор 20 мас.% Pd/C.
RU2008141411/04A 2008-10-21 2008-10-21 Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения RU2395339C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008141411/04A RU2395339C2 (ru) 2008-10-21 2008-10-21 Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008141411/04A RU2395339C2 (ru) 2008-10-21 2008-10-21 Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008141411A RU2008141411A (ru) 2010-04-27
RU2395339C2 true RU2395339C2 (ru) 2010-07-27

Family

ID=42672032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008141411/04A RU2395339C2 (ru) 2008-10-21 2008-10-21 Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2395339C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446009C1 (ru) * 2010-10-07 2012-03-27 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Способ приготовления платино-рутениевых электрокатализаторов
RU2674690C2 (ru) * 2014-06-27 2018-12-12 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Стабилизированный оксидом металла катализатор orr на основе платины (варианты) и способ его получения
RU2705222C1 (ru) * 2018-05-11 2019-11-06 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Каталитический слой для топливного элемента и способ его получения
CN114990617A (zh) * 2022-05-17 2022-09-02 浙江工业大学 一种碳化硼负载钯钴双金属催化剂及其制备方法和应用

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628696B (zh) * 2021-12-27 2023-06-13 江苏大学 一种多孔碳载钴基双功能氧催化剂的制备方法
CN115020719A (zh) * 2022-06-21 2022-09-06 北京化工大学 一种用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446009C1 (ru) * 2010-10-07 2012-03-27 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Способ приготовления платино-рутениевых электрокатализаторов
RU2674690C2 (ru) * 2014-06-27 2018-12-12 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Стабилизированный оксидом металла катализатор orr на основе платины (варианты) и способ его получения
RU2705222C1 (ru) * 2018-05-11 2019-11-06 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Каталитический слой для топливного элемента и способ его получения
CN114990617A (zh) * 2022-05-17 2022-09-02 浙江工业大学 一种碳化硼负载钯钴双金属催化剂及其制备方法和应用
CN114990617B (zh) * 2022-05-17 2024-04-16 浙江工业大学 一种碳化硼负载钯钴双金属催化剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008141411A (ru) 2010-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Obradović et al. Electrochemical oxidation of ethanol on palladium-nickel nanocatalyst in alkaline media
Wu et al. Ultrafine Pt nanoparticles and amorphous nickel supported on 3D mesoporous carbon derived from Cu-metal–organic framework for efficient methanol oxidation and nitrophenol reduction
JP4401059B2 (ja) 燃料電池用のアノード触媒を調製するプロセスおよびそのプロセスを用いて調製されたアノード触媒
KR101797782B1 (ko) 연료 전지를 위한 금속 산화물 도핑을 갖는 촉매
EP1920484B1 (en) Supported catalyst and fuel cell
Mirdamadi-Esfahani et al. Bimetallic Au-Pt nanoparticles synthesized by radiolysis: Application in electro-catalysis
US7579298B2 (en) Catalyst, electrode for fuel electrode in fuel cell, and fuel cell
US8293675B2 (en) Process for producing a catalyst and use of the catalyst
Popov et al. Power source research at USC: Development of advanced electrocatalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells
US20190032231A1 (en) Metal-containing cluster catalyst, and electrode for carbon dioxide reduction and carbon dioxide reduction apparatus including the same
RU2395339C2 (ru) Катализатор для катода топливного элемента и способ его получения
CN101019256A (zh) 基于铂及其合金的燃料电池电极用催化剂,及其制备和使用,以及含有该催化剂的燃料电池
CN111509242A (zh) 燃料电池用电极催化剂、及使催化剂活化的方法
JP5665743B2 (ja) 触媒の連続的な製造方法
Cruz-Martínez et al. Mexican contributions for the improvement of electrocatalytic properties for the oxygen reduction reaction in PEM fuel cells
EP1825543A1 (en) Electrode catalyst for fuel cell and fuel cell
WO2009001964A1 (ja) 電極触媒基板及びその製造方法、並びに、固体高分子型燃料電池
Mathe et al. Methanol oxidation reaction activity of microwave-irradiated and heat-treated Pt/Co and Pt/Ni nano-electrocatalysts
JP5204714B2 (ja) 合金微粒子およびその製造と利用
Afzali et al. Design of PdxIr/g-C3N4 modified FTO to facilitate electricity generation and hydrogen evolution in alkaline media
JP5015489B2 (ja) 燃料電池用電極触媒及び燃料電池
JP2015523694A (ja) カルベンダジム系触媒作用物質
Chai et al. Heterogeneous Ir3Sn–CeO2/C as alternative Pt-free electrocatalysts for ethanol oxidation in acidic media
Knani et al. A methanol–Tolerant carbon supported Pt–Sn cathode catalysts
Awasthi et al. Synthesis and characterization of nano structured Pd-Ni and Pd-Ni-C composites towards electrooxidation of alcohols

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner