RU2446514C1 - Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type - Google Patents

Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type Download PDF

Info

Publication number
RU2446514C1
RU2446514C1 RU2011101238/07A RU2011101238A RU2446514C1 RU 2446514 C1 RU2446514 C1 RU 2446514C1 RU 2011101238/07 A RU2011101238/07 A RU 2011101238/07A RU 2011101238 A RU2011101238 A RU 2011101238A RU 2446514 C1 RU2446514 C1 RU 2446514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sintering
base
electrode
nickel
blowing agent
Prior art date
Application number
RU2011101238/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Викторович Громов (RU)
Вадим Викторович Громов
Владимир Иванович Матренин (RU)
Владимир Иванович Матренин
Галина Николаевна Пруцкова (RU)
Галина Николаевна Пруцкова
Игорь Викторович Щипанов (RU)
Игорь Викторович Щипанов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
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 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" filed Critical Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority to RU2011101238/07A priority Critical patent/RU2446514C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2446514C1 publication Critical patent/RU2446514C1/en

Links

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

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method to manufacture a base of a hydrogen electrode of a fuel element of a matrix type includes mixing of a charge from a nickel powder with a pore agent, its application on a carcass grid, formation of a blank and sintering in a recovery medium, with simultaneous removal of the pore agent, besides, the charge composition includes a pore agent in the amount of 7-12 wt %, a fibrous asbestos in the amount of 2-6 wt %, and a nickel powder - balance, sintering is carried out in the recovery medium in two stages, at the temperature of sintering of the first stage from 500 to 700°C with duration from 20 to 50 min., at the temperature of sintering of the second stage from 900 to 1100°C with duration from 5 to 10 min.
EFFECT: increased corrosion resistance of nickel in the electrode base, increased resource of operation of fuel elements battery.
3 cl, 2 ex, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области прямого преобразования химической энергии в электрическую, а именно способу изготовления основы водородного электрода щелочного топливного элемента матричного типа.The present invention relates to the field of direct conversion of chemical energy into electrical energy, in particular to a method for manufacturing a matrix of an alkaline fuel cell hydrogen electrode base.

Известен способ изготовления пористого спеченного материала, включающий смешивание металлического порошка с карбонатом данного металла, формирование заготовок и их спекание при температуре 1200-1400°С в восстановительной среде с одновременным удалением порообразователя [1] (М.П.Нерушин и др. «Тонкопористые ленты из порошков никеля и сплавов на его основе», журнал «Порошковая металлургия», №10, 1977 г.).A known method of manufacturing a porous sintered material, comprising mixing a metal powder with a carbonate of a given metal, forming preforms and sintering them at a temperature of 1200-1400 ° C in a reducing environment with the simultaneous removal of a pore former [1] (MP Nerushin and others. "Thin-porous tapes from nickel powders and alloys based on it ”, journal“ Powder metallurgy ”, No. 10, 1977).

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получать материал пористостью более 55%, в то время как величина пористости играет важную роль в эффективности работы водородного электрода и топливного элемента. Чем выше пористость при определенном среднем размере пор, тем эффективнее работает водородный электрод и тем самым больше его буферная емкость, что сказывается на надежности работы батареи в целом.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain material with a porosity of more than 55%, while the value of porosity plays an important role in the efficiency of the hydrogen electrode and fuel cell. The higher the porosity at a certain average pore size, the more efficiently the hydrogen electrode works and thus its buffer capacity is greater, which affects the reliability of the battery as a whole.

Известен способ изготовления пористой основы водородного электрода химического источника тока, включающий приготовление и прокатку дисперсного материала, спекание и калибрование проката, удаление порообразователя [2] (патент РФ №2127475, B22F 3/18, приоритет 06.08.1997 г.).A known method of manufacturing a porous base of a hydrogen electrode of a chemical current source, including the preparation and rolling of dispersed material, sintering and calibration of rolling, removal of the blowing agent [2] (RF patent No. 2142475, B22F 3/18, priority 06.08.1997).

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получать основы электрода с пористостью более 60% и средним радиусом пор около 1,0 мкм. Необходимость создания пористой основы с размером пор около 1,0 мкм объясняется зависимостью буферной емкости топливного элемента от соотношения структур активных и буферных слоев. Если основа водородного электрода (она является буферным слоем) по структуре мельче нанесенного на нее катализатора (активного слоя), то последний остается сухим до полного затопления водородной основы, что снижает электрохимические характеристики топливного элемента. Если основа электрода по структуре более грубая, чем активный слой, то роль буферного слоя снижается по мере увеличения его размера пор. Снизить размер пор основы электрода, изготавливаемой по данному методу, не представляется возможным, так как это приведет к еще большему снижению пористости основы.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain the basis of the electrode with a porosity of more than 60% and an average pore radius of about 1.0 μm. The need to create a porous base with a pore size of about 1.0 μm is explained by the dependence of the buffer capacity of the fuel cell on the ratio of the structures of the active and buffer layers. If the base of the hydrogen electrode (it is a buffer layer) is smaller in structure than the supported catalyst (active layer), the latter remains dry until the hydrogen base is completely flooded, which reduces the electrochemical characteristics of the fuel cell. If the base of the electrode is coarser in structure than the active layer, then the role of the buffer layer decreases as its pore size increases. It is not possible to reduce the pore size of the base of the electrode manufactured by this method, since this will lead to an even greater decrease in the porosity of the base.

Известен целый ряд способов изготовления пористых материалов ячеисто-каркасного типа. Пористая основа в них получается путем заполнения пенополиуретана пастой на основе металлов или их соединений [3] (Патент РФ №2213645, B22F 3/11, С22С 1/08, С04В 35/56, приоритет 05.09.2001 г.) или путем приготовления реакционной смеси с газифицирующей добавкой с последующим поджиганием данной смеси [4] (патент РФ №2210461, B22F 3/11, B22 F3/23, С22 С1/08, приоритет 05.07.2001 г.), или пропитки волокнистого полимерного материала солями металла с последующим восстановлением и гальваническим покрытием [5] (патент РФ №2054758, Н01М 4/80,Н01М 10/28, приоритет 11.02.1992 г.).A number of methods are known for the manufacture of porous materials of a cellular-frame type. The porous base in them is obtained by filling polyurethane foam with a paste based on metals or their compounds [3] (RF Patent No. 2213645, B22F 3/11, С22С 1/08, С04В 35/56, priority 05.09.2001) or by preparing a reaction mixtures with a gasification additive followed by ignition of this mixture [4] (RF patent No. 2210461, B22F 3/11, B22 F3 / 23, C22 C1 / 08, priority 05.07.2001), or impregnation of the fibrous polymer material with metal salts followed by restoration and plating [5] (RF patent No. 2054758, Н01М 4/80, Н01М 10/28, priority 02/11/1992).

Во всех случаях материал получается высокой пористости (более 60%). Однако по размеру пор все они повторяют структуру пенополиуретана или войлока. Размер пор составляет сотни и тысячи микрон.In all cases, the material is obtained with high porosity (more than 60%). However, in terms of pore size, they all repeat the structure of polyurethane foam or felt. The pore size is hundreds and thousands of microns.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления пористой основы безламельных электродов щелочных аккумуляторов, включающий двухстороннее нанесение на пористую ленту-подложку пасты из никелевого порошка со связующим и порообразователем, сушку, уплотнение и спекание в восстановительной атмосфере. Пористость ленты-основы составляет 7-11%, а соотношение пористости основы и ленты-основы от 7 до 9 [6] (патент РФ №2080694, Н01М 4/80, Н01М 10/28, приоритет 07.07.1993 г.).Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of manufacturing a porous base of electrodeless alkaline battery electrodes, including double-sided deposition of nickel powder paste with a binder and blowing agent on a porous substrate tape, drying, compaction and sintering in a reducing atmosphere. The porosity of the base tape is 7-11%, and the ratio of porosity of the base and base tape is from 7 to 9 [6] (RF patent No. 2080694, H01M 4/80, H01M 10/28, priority 07.07.1993).

Данный способ действительно позволяет изготавливать буферные слои пористостью более 65%. Однако этот способ изготовления основы для положительных электродов аккумуляторов имеет существенный недостаток - размер пор значительно больше 1 мкм. Экспериментальные работы по изготовлению данных основ и последующий анализ пористой структуры образцов методом ртутной порометрии показали, что при высокой пористости средний размер пор находится в интервале от 10 до 30 мкм. Снижением температуры спекания ниже 1000°С удавалось понизить размер пор до 5÷10 мкм, но при этом возникала новая проблема - снижение коррозионной стойкости никеля основы при эксплуатации в условиях работы низкотемпературного щелочного топливного элемента. Дальнейшее снижение размера пор было проблематичным. Основную роль в этом, как удалось выяснить, играет связующее, которое при рихтовке заготовки до спекания не дает порошинкам никеля и соли никеля сблизиться между собой. При спекании заготовок на 1280°С происходит интенсивное разложение как соли никеля, так и связующего. Этот процесс приводит к дополнительному увеличению размера пор.This method really allows you to make buffer layers with a porosity of more than 65%. However, this method of manufacturing the basis for the positive electrodes of the batteries has a significant drawback - the pore size is much larger than 1 μm. Experimental work on the manufacture of these bases and the subsequent analysis of the porous structure of the samples by mercury porosimetry showed that, at high porosity, the average pore size is in the range from 10 to 30 microns. By lowering the sintering temperature below 1000 ° C, it was possible to reduce the pore size to 5 ÷ 10 μm, but a new problem arose - a decrease in the corrosion resistance of the base nickel during operation under conditions of operation of a low-temperature alkaline fuel cell. Further reduction in pore size was problematic. It was found that the main role in this is played by the binder, which, when straightening the preform before sintering, does not allow nickel and nickel salt powders to come closer to each other. When sintering billets at 1280 ° C, an intensive decomposition of both the nickel salt and the binder occurs. This process leads to an additional increase in pore size.

Задачей заявляемого технического решения является снижение среднего размера пор основы водородного электрода до 1,0 1,5 мкм при сохранении пористости более 60% и высокой коррозионной стойкости.The objective of the proposed technical solution is to reduce the average pore size of the base of the hydrogen electrode to 1.0 1.5 μm while maintaining porosity of more than 60% and high corrosion resistance.

Эта задача решается за счет того, что основу водородного электрода щелочного топливного элемента матричного типа изготавливают путем смешивания шихты из никелевого порошка с порообразователем, нанесением ее на основу, например, на никелевую сетку, формирование заготовки и спекания в восстановительной среде, например, водорода, с одновременным удалением порообразователя, причем, согласно заявляемому техническому решению, в состав шихты вводят третий компонент - волокнистый асбест в количестве 2-6 мас.%, от количества никелевого порошка, количество порообразователя берут 7-12 мас.%. Волокнистый асбест частично играет роль связующего. Спекание проводят в печах с восстановительной атмосферой в две стадии, первая стадия проходит при температуре спекания от 500 до 700°С и времени спекания от 20 до 50 мин; вторая стадия - при температуре спекания от 900 до 1100°С и времени спекания от 5 до 10 мин.This problem is solved due to the fact that the basis of the hydrogen electrode of an alkaline fuel cell of the matrix type is made by mixing a mixture of nickel powder with a blowing agent, applying it to a base, for example, on a nickel mesh, forming a preform and sintering in a reducing medium, for example, hydrogen, with the simultaneous removal of the blowing agent, and, according to the claimed technical solution, the third component is introduced into the mixture — fibrous asbestos in an amount of 2-6 wt.%, of the amount of nickel powder, to the amount of the blowing agent is taken 7-12 wt.%. Fibrous asbestos partially plays the role of a binder. Sintering is carried out in furnaces with a reducing atmosphere in two stages, the first stage takes place at a sintering temperature of 500 to 700 ° C and a sintering time of 20 to 50 minutes; the second stage - at a sintering temperature of 900 to 1100 ° C and a sintering time of 5 to 10 minutes.

Экспериментально было установлено, что использование порообразователя в количестве более 12 мас.%, нежелательно вследствие получения структуры с большой долей крупных (более 1,5 мкм) пор. Такая структура основы водородного электрода приводит к снижению эффективности использования буферного слоя и, в конечном итоге, ухудшению электрохимических характеристик топливного элемента. Использование порообразователя в количестве менее 7 мас.%, приводит к понижению пористости основы ниже 60%.It was experimentally established that the use of a pore former in an amount of more than 12 wt.% Is undesirable due to the formation of a structure with a large proportion of large (more than 1.5 μm) pores. Such a structure of the base of the hydrogen electrode leads to a decrease in the efficiency of using the buffer layer and, ultimately, to a deterioration in the electrochemical characteristics of the fuel cell. The use of a blowing agent in an amount of less than 7 wt.%, Leads to a decrease in the porosity of the base below 60%.

Введение в состав буферного слоя волокнистого асбеста позволило увеличить температуру спекания основы электрода до 1100°С с сохранением его структурных характеристик и тем самым обеспечить высокую коррозионную стойкость никеля основы в течение всего ресурса работы. Нижний предел по содержанию волокнистого асбеста, равный 2,0 мас.%, обусловлен значительным спеканием пористого никелевого слоя при более низких значениях. При этом пористость буферного слоя получается ниже 60% (чем меньше доля асбеста, тем ниже пористость). Верхний предел по асбесту (более 6 мас.%) обусловлен снижением механической прочности буферного слоя. Волокна асбеста препятствует спеканию частиц никелевого порошка между собой, и прочность пористого слоя снижается. Это приводит к значительному браку изделий при изготовлении и ухудшению электрохимических характеристик батареи.The introduction of fibrous asbestos into the buffer layer made it possible to increase the sintering temperature of the base of the electrode to 1100 ° C while maintaining its structural characteristics and thereby ensure high corrosion resistance of the base nickel throughout the entire service life. The lower limit on the content of fibrous asbestos, equal to 2.0 wt.%, Due to the significant sintering of the porous nickel layer at lower values. In this case, the porosity of the buffer layer is lower than 60% (the smaller the fraction of asbestos, the lower the porosity). The upper limit on asbestos (more than 6 wt.%) Is due to a decrease in the mechanical strength of the buffer layer. Asbestos fibers interfere with the sintering of nickel powder particles among themselves, and the strength of the porous layer decreases. This leads to a significant defect in the manufacture and deterioration of the electrochemical characteristics of the battery.

Введение двухстадийного спекания обусловлено следующим. Разложение порообразователя сопровождается выделением диоксида углерода и паров воды. При высокой температуре данный процесс происходит очень быстро и энергично. При этом наблюдается частичное разрушение основы электрода. Если проводить спекание в одну стадию, то для достижения нужных структурных характеристик и приемлемой механической прочности необходимо длительное время - более 7 часов. Это экономически невыгодно. Для смягчения данного процесса, обеспечения необходимой механической прочности основы и самого электрода и было введено двухстадийное спекание.The introduction of two-stage sintering is due to the following. The decomposition of the blowing agent is accompanied by the release of carbon dioxide and water vapor. At high temperature, this process occurs very quickly and vigorously. In this case, partial destruction of the electrode base is observed. If sintering is carried out in one stage, then to achieve the desired structural characteristics and acceptable mechanical strength it takes a long time - more than 7 hours. It is economically disadvantageous. To mitigate this process, to provide the necessary mechanical strength of the base and the electrode itself, two-stage sintering was introduced.

Нижний предел по температуре 500°С на первой стадии обусловлен низкими прочностными характеристиками основы электрода при спекании на более низких температурах. Верхний предел по температуре спекания на первой стадии 700°С обусловлен ростом скорости разложения порообразователя и нарушением однородности пористой структуры основы электрода вплоть до частичного разрушения основы электрода.The lower temperature limit of 500 ° C in the first stage is due to the low strength characteristics of the electrode base during sintering at lower temperatures. The upper limit for sintering temperature at the first stage of 700 ° C is due to an increase in the rate of decomposition of the blowing agent and a violation of the uniformity of the porous structure of the electrode base, up to the partial destruction of the electrode base.

Нижний предел по времени спекания на первой стадии термообработки, равный 20 мин, связан с понижением прочностных характеристик основы и нарушением целостности слоя. Верхний предел, равный 50 мин, обусловлен тем, что разложение соли никеля к этому времени уже происходит полностью, пористый слой приобретает достаточные механические свойства и поэтому дальнейшая выдержка нецелесообразна.The lower limit for sintering time at the first stage of heat treatment, equal to 20 min, is associated with a decrease in the strength characteristics of the base and a violation of the integrity of the layer. The upper limit of 50 min is due to the fact that the decomposition of nickel salt by this time is already complete, the porous layer acquires sufficient mechanical properties and therefore further exposure is impractical.

Нижний предел по температуре 900°С и времени 5 мин. на второй стадии спекания обусловлен необходимостью получения высокой коррозионной стойкости буферного слоя. Основа электрода при более низкой температуре спекания не приобретает достаточной коррозионной стойкости, что приводит к преждевременному ухудшению характеристик топливного элемента.The lower limit is 900 ° C and a time of 5 minutes. in the second stage of sintering due to the need to obtain high corrosion resistance of the buffer layer. The electrode base at a lower sintering temperature does not acquire sufficient corrosion resistance, which leads to premature deterioration of the characteristics of the fuel cell.

Верхний предел по температуре 1100°С и времени спекания 10 мин обусловлен формированием более грубопористой структуры основы электрода, что сказывается на величине его буферной емкости и однородности характеристик разных топливных элементов, если речь идет о модуле или батарее из нескольких топливных элементов.The upper limit in temperature of 1100 ° С and sintering time of 10 min is due to the formation of a more coarse-porous structure of the electrode base, which affects the size of its buffer capacity and uniformity of characteristics of different fuel cells, if we are talking about a module or battery of several fuel cells.

Оптимизацию количества порообразователя, количества волокнистого асбеста в заготовке, температуры и времени второй стадии спекания проводили, анализируя пористую структуру получаемого буферного слоя методом ртутной порометрии.The optimization of the amount of blowing agent, the amount of fibrous asbestos in the preform, the temperature and time of the second sintering stage was carried out by analyzing the porous structure of the resulting buffer layer by mercury porosimetry.

Нижний и верхний пределы по температуре и времени первой стадии спекания определяли визуально по целостности пористой заготовки.The lower and upper limits in temperature and time of the first stage of sintering were determined visually by the integrity of the porous preform.

Коррозионную стойкость основы электрода щелочного топливного элемента матричного типа оценивали после проведения ресурсных испытаний в составе топливного элемента рентгенофазовым анализом на наличие продуктов окисления никеля, а также по скорости изменения буферной емкости в ресурсе.The corrosion resistance of the base of the matrix alkaline fuel cell electrode was evaluated after life tests as part of the fuel cell by X-ray phase analysis for the presence of nickel oxidation products, as well as by the rate of change of the buffer capacity in the resource.

Характеристики топливного элемента оценивали при проведении как оперативных, так и ресурсных электрохимических испытаний отдельных элементов и модулей.The characteristics of the fuel cell were evaluated during both operational and resource electrochemical tests of individual elements and modules.

В таблице представлены некоторые данные по зависимости пористой структуры и механической пористости основ электродов щелочного топливного элемента матричного типа от режима спекания и состава шихты. Результаты усредняли по трем параллельным опытам.The table presents some data on the dependence of the porous structure and mechanical porosity of the bases of the electrodes of an alkaline fuel cell of the matrix type on the sintering mode and the composition of the charge. The results were averaged over three parallel experiments.

ТаблицаTable № основыBase No. Массовая доля, % Mass fraction,% 1-ое спекание1st sintering 2-ое спекание2nd sintering Пористость, %Porosity,% Эффективный радиус пор, мкмEffective pore radius, microns порообразовательblowing agent Волокнистый асбестFibrous asbestos температура, °Сtemperature, ° С время, мин.time min температура, °Сtemperature, ° С время, мин.time min 1one карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 1one 650650 3535 10501050 66 56,356.3 2,52.5 22 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 77 650650 3535 10501050 66 63,263,2 0,950.95

№ основыBase No. Массовая доляMass fraction 1-ое спекание1st sintering 2-ое спекание2nd sintering Пористость, %Porosity,% Эффективный радиус пор, мкмEffective pore radius, microns порообразовательblowing agent Волокнистый асбестFibrous asbestos температура, °Сtemperature, ° С время, мин.time min температура, °Сtemperature, ° С время, мин.time min 33 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 4545 10501050 66 60,060.0 1,11,1 4four карбонат Ni, 5Ni carbonate 5 33 650650 3535 10501050 66 55,355.3 1,051.05 55 карбонат Ni, 15carbonate Ni, 15 33 650650 3535 10501050 66 63,463,4 1,71.7 66 карбонат Ni, 10 Ni carbonate 10 33 450450 3535 10501050 66 рассыпалисьcrumbled 77 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 750750 3535 10501050 66 61,361.3 1,21,2 88 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 450450 15fifteen 10501050 66 рассыпалисьcrumbled 99 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 750750 5555 10501050 66 60,560.5 1,11,1 1010 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 850850 66 61,661.6 1,11,1 11eleven карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 11501150 1212 55,455,4 1,71.7 1212 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 850850 4four 62,562.5 1,051.05 1313 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 11501150 14fourteen 59,759.7 1,051.05 14fourteen карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 11501150 66 58,058.0 1,191.19 15fifteen карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 10501050 66 58,758.7 1,151.15 1616 карбонат Ni, 10Ni carbonate 10 33 650650 3535 850850 1212 60,160.1 1,121.12 1717 оксалат Ni, 10oxalate Ni, 10 33 650650 3535 10501050 66 59,559.5 1,071,07

Как видно из таблицы, нужные значения по пористой структуре и водородной стойкости основы электрода щелочного топливного элемента матричного типа получаются при выбранных режимах изготовления и установленном составе шихты. Пример 1.As can be seen from the table, the desired values for the porous structure and hydrogen resistance of the base of the matrix alkaline fuel cell electrode are obtained with the selected manufacturing conditions and the established composition of the charge. Example 1

Согласно заявляемому техническому решению при изготовлении основы электрода щелочного топливного элемента матричного типа вначале формируют буферный слой. Для этого готовят шихту путем смешения 60,0 г карбонильного никелевого порошка, 6,0 г порообразователя, например, карбоната никеля и 1,8 г волокнистого асбеста, например, марки АХО-МТ. Полученную шихту делят на две равные части, наносят с обеих сторон основы, например, никелевой сетки и прессуют под давлением 20 МПа в заготовки толщиной от 0,35 мм до 0,38 мм. Полученные заготовки спекают в восстановительной атмосфере, например, водорода, в конвейерной печи при температуре 650°С в течение 35 минут. Вторую термообработку проводят в конвейерной печи, так же в восстановительной атмосфере, например, водорода, при температуре 1050°С с выдержкой в горячей зоне 5 минут. В результате получаются основы электрода щелочного топливного элемента матричного типа со следующими характеристиками:According to the claimed technical solution, in the manufacture of the base of the matrix alkaline fuel cell electrode, a buffer layer is first formed. For this, a mixture is prepared by mixing 60.0 g of carbonyl nickel powder, 6.0 g of a blowing agent, for example, nickel carbonate, and 1.8 g of fibrous asbestos, for example, AXO-MT brand. The resulting mixture is divided into two equal parts, applied on both sides of the base, for example, a nickel mesh, and pressed under pressure of 20 MPa into billets with a thickness of 0.35 mm to 0.38 mm. The obtained preforms are sintered in a reducing atmosphere, for example, hydrogen, in a conveyor furnace at a temperature of 650 ° C for 35 minutes. The second heat treatment is carried out in a conveyor furnace, also in a reducing atmosphere, for example, hydrogen, at a temperature of 1050 ° C with holding in a hot zone for 5 minutes. The result is the basics of the matrix alkaline fuel cell electrode with the following characteristics:

- толщина, мм........................0,35;- thickness, mm ........................ 0,35;

- пористость, %......................58,7;- porosity,% ...................... 58.7;

- средний размер пор, мкм.........1,15.- the average pore size, microns ......... 1.15.

Пример 2.Example 2

Для изготовления основы электрода щелочного топливного элемента матричного типа смешивают 60,0 г порошка карбонильного никеля, в качестве порообразователя, например, 6,0 г оксалата никеля и 1,8 г волокнистого асбеста, например, марки АХО-МТ. Данную шихту делят на две равные части, наносят с обеих сторон основы, например, никелевой сетки и прессуют под давлением 20 МПа в заготовки толщиной от 0,35 мм до 0,38 мм. Полученные заготовки спекают в восстановительной атмосфере (водород) в конвейерной печи при температуре 650°С в течение 35 минут. Вторую термообработку проводят в конвейерной печи в восстановительной атмосфере, например, водорода, при температуре 1050°С с выдержкой в горячей зоне 5 минут. В результате получаются основы электрода щелочного топливного элемента матричного типа со следующими характеристиками:To make the base of the matrix-type alkaline fuel cell electrode, 60.0 g of carbonyl nickel powder are mixed as a blowing agent, for example, 6.0 g of nickel oxalate and 1.8 g of fibrous asbestos, for example, AXO-MT grade. This mixture is divided into two equal parts, applied on both sides of the base, for example, a nickel mesh, and pressed under pressure of 20 MPa into billets with a thickness of 0.35 mm to 0.38 mm. The obtained preforms are sintered in a reducing atmosphere (hydrogen) in a conveyor furnace at a temperature of 650 ° C for 35 minutes. The second heat treatment is carried out in a conveyor furnace in a reducing atmosphere, for example, hydrogen, at a temperature of 1050 ° C with holding in a hot zone for 5 minutes. The result is the basics of the matrix alkaline fuel cell electrode with the following characteristics:

- толщина, мм.........................0,35;- thickness, mm ......................... 0.35;

- пористость, %......................59,5;- porosity,% ...................... 59.5;

- средний размер пор, мкм........1,07.- the average pore size, microns ........ 1.07.

С использованием данных основ были изготовлены водородные электроды, которые прошли ресурсные испытания (858 часов) в составе шестиэлементной батареи топливных элементов. Аттестация водородных электродов после дефектации модуля рентгенофазовым методом показала отсутствие соединений никеля в основе электрода.Using these fundamentals, hydrogen electrodes were manufactured that passed life tests (858 hours) as part of a six-cell fuel cell battery. Certification of hydrogen electrodes after defect of the module by the X-ray phase method showed the absence of nickel compounds in the electrode base.

Использование в производстве заявляемого способа изготовления основы водородного электрода топливного элемента матричного типа позволяет при сохранении нужных исходных структурных характеристик основы водородного электрода значительно повысить коррозионную стойкость никеля в основе электрода и тем самым увеличить гарантированный ресурс работы батареи топливных элементов.The use of the inventive method of manufacturing the base of the hydrogen electrode of the matrix-type fuel cell in production allows, while maintaining the desired initial structural characteristics of the base of the hydrogen electrode, to significantly increase the corrosion resistance of nickel in the base of the electrode and thereby increase the guaranteed battery life of the fuel cell.

Источники информацииInformation sources

1. Авторы: М.П.Нерушин и др. «Тонкопористые ленты из порошков никеля и сплавов на его основе», журнал «Порошковая металлургия», №10, 1977 г.1. Authors: MP Nerushin et al. “Fine-porous tapes of nickel powders and alloys based on it”, the journal “Powder metallurgy”, No. 10, 1977

2. Патент РФ №2127475, B22F 3/18, приоритет 06.08.1997 г.2. RF patent №2127475, B22F 3/18, priority 06/08/1997

3. Патент РФ №2213645, B22F 3/11, С22С 1/08, С04В 35/56, приоритет, 05.09.2001 г.3. RF patent No. 2213645, B22F 3/11, С22С 1/08, С04В 35/56, priority, September 5, 2001.

4. Патент РФ №2210461, B22F 3/11, B22F 3/23, С22С 1/08, приоритет 05.07.2001 г.4. RF patent No. 2210461, B22F 3/11, B22F 3/23, C22C 1/08, priority 05.07.2001.

5. Патент РФ №2054758, Н01М 4/80, Н01М 10/28, приоритет 11.02.1992 г.5. RF patent No. 2054758, Н01М 4/80, Н01М 10/28, priority 11.02.1992

6. Патент РФ №2080694, Н01М 4/80, Н01М 10/28, приоритет 07.07.1993 г.6. RF patent №2080694, Н01М 4/80, Н01М 10/28, priority 07.07.1993

Claims (3)

1. Способ изготовления основы водородного электрода топливного элемента матричного типа, включающий смешивание шихты из никелевого порошка с порообразователем, нанесение ее на каркасную сетку, формирование заготовки и спекания в восстановительной среде с одновременным удалением порообразователя, отличающийся тем, что в состав шихты входит порообразователь в количестве 7-12 мас.%, волокнистый асбест в количестве 2-6 мас.%, и порошок никеля - остальное, спекание проводят в восстановительной среде в две стадии, при температуре спекания первой стадии от 500 до 700°С продолжительностью от 20 до 50 мин, при температуре спекания второй стадии от 900 до 1100°С продолжительностью от 5 до 10 мин.1. A method of manufacturing a matrix of a hydrogen element of a matrix type fuel element, comprising mixing a mixture of nickel powder with a blowing agent, applying it to a wire mesh, forming a workpiece and sintering in a reducing medium while removing the blowing agent, characterized in that the mixture contains a blowing agent in an amount 7-12 wt.%, Fibrous asbestos in an amount of 2-6 wt.%, And nickel powder - the rest, sintering is carried out in a reducing medium in two stages, at a sintering temperature of the first stages from 500 to 700 ° C for a duration of 20 to 50 minutes, at a sintering temperature of the second stage from 900 to 1100 ° C for a duration of 5 to 10 minutes 2. Способ изготовления основы водородного электрода топливного элемента матричного типа по п.1, отличающийся тем, что в качестве порообразователя используют карбонат никеля.2. A method of manufacturing the basis of the hydrogen electrode of a matrix-type fuel cell according to claim 1, characterized in that nickel carbonate is used as a blowing agent. 3. Способ изготовления основы водородного электрода топливного элемента матричного типа по п.1, отличающийся тем, что в качестве порообразователя используют никель щавелево-кислый. 3. A method of manufacturing the basis of the hydrogen electrode of the matrix-type fuel cell according to claim 1, characterized in that oxalic nickel is used as a blowing agent.
RU2011101238/07A 2011-01-13 2011-01-13 Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type RU2446514C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011101238/07A RU2446514C1 (en) 2011-01-13 2011-01-13 Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011101238/07A RU2446514C1 (en) 2011-01-13 2011-01-13 Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2446514C1 true RU2446514C1 (en) 2012-03-27

Family

ID=46030994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011101238/07A RU2446514C1 (en) 2011-01-13 2011-01-13 Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2446514C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3186871A (en) * 1959-01-22 1965-06-01 Electric Storage Battery Co Method for producing porous sintered plate
US4206271A (en) * 1978-03-30 1980-06-03 Nife Jungner Ab Method of manufacturing highly porous electrode bodies for electrical accumulators and electrode bodies thus obtained
RU2080694C1 (en) * 1993-07-07 1997-05-27 Уральский электрохимический комбинат Method for manufacturing porous base of stripless plates for alkaline storage batteries
RU2127475C1 (en) * 1997-08-06 1999-03-10 Открытое акционерное общество "Сатурн" Method for producing embossed porous base of chemical current supply hydrogen electrode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3186871A (en) * 1959-01-22 1965-06-01 Electric Storage Battery Co Method for producing porous sintered plate
US4206271A (en) * 1978-03-30 1980-06-03 Nife Jungner Ab Method of manufacturing highly porous electrode bodies for electrical accumulators and electrode bodies thus obtained
RU2080694C1 (en) * 1993-07-07 1997-05-27 Уральский электрохимический комбинат Method for manufacturing porous base of stripless plates for alkaline storage batteries
RU2127475C1 (en) * 1997-08-06 1999-03-10 Открытое акционерное общество "Сатурн" Method for producing embossed porous base of chemical current supply hydrogen electrode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016009935A1 (en) Electrode material for metal-air battery
KR101811764B1 (en) Non-Pt catalyst for oxygen reduction electrode and manufacturing method thereof
US20130323610A1 (en) Manufacturing method of oxygen reduction reaction catalysts and catalysts thereof, cathode using oxygen reduction reaction catalysts
Chen et al. New zinc and bismuth doped glass sealants with substantially suppressed boron deposition and poisoning for solid oxide fuel cells
JP2022503971A (en) High temperature alkaline water electrolysis using composite electrolyte support membrane
JP2018530101A (en) Carbonaceous materials for lead acid batteries
US20150287980A1 (en) Method of producing porous electrodes for batteries and fuel cells
RU2446514C1 (en) Method to manufacture base of electrode of alkaline fuel element of matrix type
CN115367750B (en) Biomass porous carbon material, preparation method thereof and application thereof in lead-acid battery
KR101521508B1 (en) Fuel electrode which also serves as supporting body of solid oxide fuel cell, and fuel electrode-supported solid oxide fuel cell
CN109686955A (en) A kind of porous block graphite material and preparation method thereof for coated Si
KR102082691B1 (en) Molten carbonate fuel cells including electrolyte impregnated matrix and methods of manufacturing the same
US3212937A (en) Method of preparing a fuel cell electrode
JP3468493B2 (en) Battery electrode substrate and method of manufacturing the same
US9728774B2 (en) Storage structure of an electrical energy storage cell
JP2006348330A (en) Porous titanium with skeleton surface having titanium carbonitride layer thereon
KR101250259B1 (en) Fabrication method of the electrolyte-impregnated metal electrode for molten carbonate fuel cells
JP2013154258A (en) Catalyst having oxygen reduction reaction ability
CN118407084B (en) Electrode material and preparation method thereof, electrode and preparation method thereof, and electrolytic cell
KR101523949B1 (en) electrode for fuel cell using porous foam and manufacturing method thereof
JP7116387B1 (en) Electrode and its manufacturing method
RU2634475C1 (en) Method of producing anode material for fuel component with melted carbonate electrolyte
JP2011153384A (en) Carbon fiber sheet, and method for producing the same
TWI477445B (en) Activated carbon and its manufacturing method thereof, electrochemical capacitor and battery having the activated carbon
RU2388849C1 (en) Current collector for water electrolytic cell or fuel element with solid polymer electrolyte and associated method of production

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200114

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211213