RU2467798C1 - Method of producing catalyst on carbon support - Google Patents
Method of producing catalyst on carbon support Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467798C1 RU2467798C1 RU2011144264/04A RU2011144264A RU2467798C1 RU 2467798 C1 RU2467798 C1 RU 2467798C1 RU 2011144264/04 A RU2011144264/04 A RU 2011144264/04A RU 2011144264 A RU2011144264 A RU 2011144264A RU 2467798 C1 RU2467798 C1 RU 2467798C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- mixture
- aqueous solution
- solution
- inert gas
- 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
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к каталитической химии, а именно к способам получения анодных и катодных катализаторов на основе металлов платиновой группы, предназначенных для использования в электролизерах и топливных элементах с твердым полимерным электролитом (ТПЭ).The invention relates to catalytic chemistry, and in particular to methods for producing anode and cathode catalysts based on platinum group metals, intended for use in electrolyzers and fuel cells with a solid polymer electrolyte (TPE).
Катализаторы, полученные путем осаждения металлов платиновой группы на поверхность углеродного носителя, имеют высокие удельные рабочие поверхности, уменьшенный расход благородных металлов, легко наносятся, равномерно распределяются по поверхности, и по характеристикам работы не уступают катализаторам аналогичного состава без носителя.The catalysts obtained by the deposition of platinum group metals on the surface of a carbon carrier have high specific working surfaces, reduced consumption of noble metals, are easy to apply, are evenly distributed over the surface, and are not inferior to catalysts of a similar composition without a carrier in performance.
Однако углеродный носитель не является инертным материалом. В процессе работы электролизера или топливного элемента под действием кислорода, являющегося продуктом реакции (в случае электролиза) или реагентом (в случае топливного элемента), а также промежуточных продуктов происходит окисление и постепенное выгорание (окисление) углеродного носителя, что приводит к быстрой деградации свойств катализатора. В связи с этим особенно актуальной стала задача подавления активности углеродного носителя, в частности, путем удаления с его поверхности кислородсодержащих групп.However, the carbon carrier is not an inert material. During operation of the electrolyzer or fuel cell under the action of oxygen, which is a reaction product (in the case of electrolysis) or a reagent (in the case of a fuel cell), as well as intermediate products, the carbon carrier is oxidized and gradually burned out (oxidized), which leads to rapid degradation of the catalyst properties . In this regard, the task of suppressing the activity of a carbon carrier, in particular, by removing oxygen-containing groups from its surface, has become especially urgent.
В работах «Synthetic carbon materials Sibunit» (патент US №4978649, опубл. 2000 г.), Ю.В.Суровкин, В.Ф.Суровкин, М.С.Цеханович, В.А.Лихолобов «Новый углеродный катализатор для химических процессов», Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И.Менделеева, 2006, т.L №1 показано, что на развитой углеродной поверхности с участием высокоактивных химических реагентов, в частности кислорода, происходит образование побочных продуктов реакции, что существенно сокращает срок эксплуатации углеродных материалов, усложняет процесс выделения основных продуктов и неблагоприятно сказывается на экологической обстановке. Для решения этой проблемы был разработан пористый углерод-углеродный материал сибунит, состоящий из двух структурных модификаций графитоподобных материалов (сажи и пироуглерода), имеющих близкую кристаллографическую структуру, но значительно отличающихся по реакционной способности по отношению к различным реагентам. За счет этого в процессе активации из углерод-углеродного композита происходит селективное удаление наиболее реакционного углерода (сажи) и формирование развитой пористой структуры.In the works of “Synthetic carbon materials Sibunit” (US patent No. 4978649, publ. 2000), Yu.V. Surovkin, V.F.Surovkin, M.S. Tsekhanovich, V.A. Likholobov “A new carbon catalyst for chemical processes ”, J. Ros. Chem. about them DI Mendeleev, 2006, Vol. No. 1, shows that on the developed carbon surface with the participation of highly active chemical reagents, in particular oxygen, reaction by-products are formed, which significantly reduces the life of carbon materials, complicates the process of isolating the main products and adversely affects the environmental situation. To solve this problem, a porous carbon-carbon material, sibunit, was developed, consisting of two structural modifications of graphite-like materials (carbon black and pyrocarbon) having a close crystallographic structure, but significantly differing in reactivity with respect to various reagents. Due to this, in the process of activation from the carbon-carbon composite, the most reactive carbon (soot) is selectively removed and a developed porous structure is formed.
Недостатком этого материала является наличие в его составе большого количества мезопор - до 80% от общего объема - с размером до 10 нм. В результате при синтезе катализатора методом химического восстановления металлов платиновой группы из растворов предшественников большая часть предшественников (гексахлорплатиновая кислота, двухлористый палладий, гексахлориридиевая кислота и др.) будет проникать внутрь пор и восстанавливаться там. Это приведет к излишнему расходу драгметаллов, не участвующих в электрокаталитическом процессе, так как поры блокируются продуктами реакции и наиболее активным является только катализатор на поверхности носителя.The disadvantage of this material is the presence in its composition of a large number of mesopores - up to 80% of the total volume - with a size of up to 10 nm. As a result, during the synthesis of the catalyst by chemical reduction of platinum group metals from solutions of precursors, most of the precursors (hexachloroplatinic acid, palladium dichloride, hexachloridiric acid, etc.) will penetrate into the pores and be restored there. This will lead to excessive consumption of precious metals that are not involved in the electrocatalytic process, since the pores are blocked by the reaction products and only the catalyst on the surface of the support is most active.
В патенте «Электроактивированный материал для катодных элементов и способ его изготовления» (патент РФ №2146308, опубл. 10.03.2000 г.) предложен способ обработки углеродного носителя в присутствии неорганических кислот, таких как азотная, серная, или термообработка в окислительной среде. Такая обработка приводит к удалению примесей и повышению адсорбционной способности углеродного носителя, но не решает проблему снижения его дальнейшей активности, а, по нашим данным, даже способствует его ускоренной деградации.The patent "Electroactivated material for cathode elements and a method for its manufacture" (RF patent No. 2146308, published March 10, 2000) proposes a method for treating a carbon carrier in the presence of inorganic acids such as nitric, sulfuric, or heat treatment in an oxidizing environment. Such treatment leads to the removal of impurities and an increase in the adsorption capacity of the carbon carrier, but does not solve the problem of reducing its further activity, but, according to our data, even contributes to its accelerated degradation.
В работе Krishnankutty N., Vannice M.A., Li J. «Влияние Pd прекурсоров и предварительной обработки на свойства адсорбции и поглощения Pd катализаторов» (Appl. Catal., General, 1998, V.173, P.137-144) показано, что уже при относительно невысоких температурах (300°С и менее) происходит взаимодействие между Pd и углеродом с образованием карбида. В результате металл может оказаться полностью или частично зауглероженным, как в объеме, так и на поверхности. Процесс сопровождается существенными изменениями адсорбционных и каталитических свойств, вплоть до полной потери активности. В целях предотвращения зауглероживания металла в катализаторах Pd/C авторы предлагают проводить предварительное водородное восстановление поверхности углеродного носителя при температуре 573 К. После осаждения Pd на углеродный носитель для предотвращения образования связей Pd-C предлагается обжиг при температуре 573 К в 4% кислорода, выдерживая катализатор до полного охлаждения в этом потоке кислорода. Образующиеся при этом связи Pd с хемосорбированным кислородом предотвращают зауглероживание металла.Krishnankutty N., Vannice MA, Li J. “The effect of Pd precursors and pretreatment on the adsorption and absorption properties of Pd catalysts” (Appl. Catal., General, 1998, V.173, P.137-144) showed that already at relatively low temperatures (300 ° C or less), an interaction occurs between Pd and carbon with the formation of carbide. As a result, the metal may be completely or partially carbonized, both in volume and on the surface. The process is accompanied by significant changes in the adsorption and catalytic properties, up to a complete loss of activity. In order to prevent carbonization of the metal in Pd / C catalysts, the authors propose preliminary hydrogen reduction of the surface of the carbon support at a temperature of 573 K. After deposition of Pd on a carbon support to prevent the formation of Pd-C bonds, it is proposed to burn at a temperature of 573 K in 4% oxygen, withstanding the catalyst until completely cooled in this oxygen stream. The resulting bonds of Pd with chemisorbed oxygen prevent carbonization of the metal.
Недостаток этого способа заключается в том, что при обжиге катализатора значительно снижается его поверхность и, как следствие, уменьшается каталитическая активность. При этом сопутствующее окисление углерода снижает стабильность углеродного носителя в процессе эксплуатации.The disadvantage of this method is that when the catalyst is fired, its surface is significantly reduced and, as a result, the catalytic activity decreases. In this case, concomitant oxidation of carbon reduces the stability of the carbon carrier during operation.
Известен способ получения катализатора на углеродном носителе - прототип («Способ получения наноразмерного платино-никелиевого катализатора», патент №2421850, опубл. 20.06.2011 г.), включающий:A known method of producing a catalyst on a carbon carrier is a prototype ("Method for the production of nanoscale platinum-nickel catalyst", patent No. 2421850, publ. 06/20/2011), including:
- изготовление смеси исходных соединений - углеродного материала, гексахлорплатиновой кислоты, соли никеля (хлорид никеля (П) или нитрат никеля (П) в водном растворе, содержащем этиленгликоль и этиловый спирт,- the manufacture of a mixture of the starting compounds - carbon material, hexachloroplatinic acid, nickel salts (nickel chloride (P) or nickel nitrate (P) in an aqueous solution containing ethylene glycol and ethyl alcohol,
- добавление к смеси исходных соединений водного раствора щелочи,- adding to the mixture of the starting compounds an aqueous solution of alkali,
- восстановление металлов Pt и Ni путем добавления раствора борогидрида натрия,- reduction of metals Pt and Ni by adding a solution of sodium borohydride,
- обработку смеси ультразвуком при барботировании инертным газом,- processing the mixture with ultrasound when sparging with an inert gas,
- охлаждение смеси до комнатной температуры,- cooling the mixture to room temperature,
- отмывку и сушку катализатора.- washing and drying the catalyst.
Углеродный материал предварительно термообрабатывают при температуре 873К в течение 30 минут в N2 с целью насыщения его поверхности кислородсодержащими функциональными группами, способствующими адсорбции анионов [PtCl6]2-, согласно методике, описанной в работе J.H.Tian, F.B.Wang, Zn.Q.Shan, RJ.Wang and J.Y.Zhang «Effect of preparation conditions of Pt/C catalysts on oxygen electrode performance in proton exchange membrane fuel cells».The carbon material is pretreated at a temperature of 873 K for 30 minutes in N2 in order to saturate its surface with oxygen-containing functional groups that promote the adsorption of [PtCl 6 ] 2- anions, according to the method described in JHTian, FBWang, Zn.Q.Shan, RJ. Wang and JYZhang "Effect of preparation conditions of Pt / C catalysts on oxygen electrode performance in proton exchange membrane fuel cells."
Недостаток прототипа заключается в относительно низкой стабильности в связи с наличием на поверхности готового катализатора кислородсодержащих групп. В том случае в процессе работы, под действием кислорода происходит более быстрое окисление и постепенное выгорание углеродного носителя, что приводит к деградации характеристик катализатора.The disadvantage of the prototype is the relatively low stability due to the presence on the surface of the finished catalyst of oxygen-containing groups. In that case, during operation, under the action of oxygen, more rapid oxidation and gradual burning of the carbon carrier occurs, which leads to degradation of the characteristics of the catalyst.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение ресурса работы катализатора без снижения его активной поверхности, и как следствие, расширение качественного состава материала катализатора - использование добавок металлов платино-иридиевой группы.The technical result to which the invention is directed is to increase the service life of the catalyst without reducing its active surface, and as a result, the expansion of the qualitative composition of the catalyst material is the use of metal additives of the platinum-iridium group.
Для этого предложен способ получения катализатора на углеродном носителе, заключающийся в изготовлении смеси исходных соединений углеродного носителя, гексахлорплатиновой кислоты, соли никеля в водном растворе, содержащем этиленгликоль и этиловый спирт, добавлении к смеси исходных соединений водного раствора щелочи, восстановлении металлов Pt и Ni, обработки смеси ультразвуком при барботировании ее инертным газом, охлаждении смеси до комнатной температуры, отмывки и сушки катализатора, при этом смесь исходных соединений дополнительно содержит соли палладия и/или соли кобальта, а после сушки катализатор обрабатывают в плазме водород-инертный газ.To this end, a method for producing a carbon-supported catalyst is proposed, which consists in manufacturing a mixture of the starting compounds of a carbon carrier, hexachloroplatinic acid, a nickel salt in an aqueous solution containing ethylene glycol and ethyl alcohol, adding an alkali aqueous solution to the mixture of the starting compounds, reducing Pt and Ni metals, processing mixtures by ultrasound while sparging with an inert gas, cooling the mixture to room temperature, washing and drying the catalyst, while the mixture of the starting compounds is additionally contains palladium salts and / or cobalt salts, and after drying, the catalyst is treated with a plasma inert hydrogen gas.
Кроме того,Besides,
- восстановление Pt, Ni, Pd и Со проводят в растворе борогидрида натрия или формальдегида или муравьиной кислоты.- recovery of Pt, Ni, Pd and Co is carried out in a solution of sodium borohydride or formaldehyde or formic acid.
- в качестве солей палладия, никеля и кобальта используют хлорид палладия, хлорид никеля (П) или нитрат никеля (П), хлорид кобальта (П) или нитрат кобальта (П), или их смеси в водном растворе.- palladium chloride, nickel chloride (P) or nickel nitrate (P), cobalt chloride (P) or cobalt nitrate (P), or a mixture thereof in an aqueous solution are used as salts of palladium, nickel and cobalt.
- соотношение этиленгликоля и этилового спирта в растворе составляет на 2-3 части этиленгликоля 1-2 части этилового спирта.- the ratio of ethylene glycol and ethyl alcohol in solution is 2-3 parts of ethylene glycol 1-2 parts of ethyl alcohol.
- количество смеси этиленгликоль-этиловый спирт принимают из расчета 40-50 мл на каждые 100 мг углеродного материала.- the amount of the mixture of ethylene glycol-ethyl alcohol is taken at the rate of 40-50 ml for every 100 mg of carbon material.
- восстановление проводят 1М раствором борогидрида натрия в 1М растворе гидроокиси натрия в течение 1-1,5 часа.- recovery is carried out with a 1M sodium borohydride solution in a 1M sodium hydroxide solution for 1-1.5 hours.
- в качестве щелочи используют 1-2 мл водного раствора аммиака.- 1-2 ml of an aqueous solution of ammonia is used as alkali.
- восстановление проводят раствором формальдегида в количестве 50-80 мл на каждые 100 мг углеродного носителя.- recovery is carried out with a solution of formaldehyde in an amount of 50-80 ml for every 100 mg of carbon carrier.
- восстановление проводят раствором муравьиной кислоты в количестве 100-150 мл на каждые 100 мг углеродного носителя.- recovery is carried out with a solution of formic acid in an amount of 100-150 ml for every 100 mg of carbon carrier.
- содержание водорода в плазме водород-инертный газ составляет 3-5 об.%.- the hydrogen content in the plasma of a hydrogen-inert gas is 3-5 vol.%.
- давление инертного газа в плазме составляет (2-6)·10-3 Торр.- the pressure of the inert gas in the plasma is (2-6) · 10 -3 Torr.
- плотность анодного тока в плазме составляет 2-15 мА/см2.- the density of the anode current in the plasma is 2-15 mA / cm 2 .
- температура катализатора при обработке плазмой составляет 100-250°С.- the temperature of the catalyst during plasma treatment is 100-250 ° C.
Процесс плазменной обработки проводят на магнетронной установке, укомплектованной планарным магнетроном постоянного тока. Катализатор загружают в металлическую чашу диаметром 115 мм с плоским дном и стенками высотой 25 мм. Под чашу с катализатором помещают дополнительно круговой магнит, вверх полюсом N. Для обеспечения равномерного удаления кислородсодержащих групп с поверхности углеродного носителя применен виброперемешиватель, создающий на поверхности катализатора эффект псевдокипящей жидкости. Дополнительно над чашей устанавливается кольцо с двумя перпендикулярно закрепленными спиралями, осуществляющими перемешивание катализатора при вращении чаши. Дно чаши может нагреваться установленным в непосредственной близости под ним резистивным нагревателем. Температура катализатора в чаше контролируется с помощью закрепленной на кольце со спиралями термопары, рабочий спай которой (хромель-алюмель) погружается в слой катализатора.The plasma treatment process is carried out on a magnetron installation equipped with a planar DC magnetron. The catalyst is loaded into a metal bowl with a diameter of 115 mm with a flat bottom and walls with a height of 25 mm. An additional circular magnet is placed under the catalyst bowl, with the N pole up. To ensure uniform removal of oxygen-containing groups from the surface of the carbon support, a vibratory stirrer is applied that creates a pseudo-boiling liquid effect on the surface of the catalyst. Additionally, a ring with two perpendicularly fixed spirals is installed above the bowl, mixing the catalyst during rotation of the bowl. The bottom of the bowl may be heated by a resistive heater installed in the immediate vicinity of it. The temperature of the catalyst in the bowl is controlled by means of a thermocouple fixed on a ring with spirals, the working junction of which (chromel-alumel) is immersed in the catalyst layer.
Подача напряжения на чашу позволяет изменять плотность тока и, соответственно, интенсивность ионной бомбардировки катализатора. Чем большее по модулю положительное напряжение подается на чашу, тем больше интенсивность ионной бомбардировки. В данном случае положительное напряжение, подаваемое на чашу, составляет 30-70 В.The voltage supply to the bowl allows you to change the current density and, accordingly, the intensity of the ion bombardment of the catalyst. The greater the modulus of positive voltage applied to the bowl, the greater the intensity of the ion bombardment. In this case, the positive voltage supplied to the bowl is 30-70 V.
Под действием ионов, в первую очередь инертного газа, происходит удаление кислородсодержащих групп с поверхности углеродного носителя, а водород способствует их восстановлению и препятствует дальнейшему окислению углеродного носителя и металла катализатора кислородом этих групп.Under the influence of ions, primarily an inert gas, oxygen-containing groups are removed from the surface of the carbon support, and hydrogen helps to restore them and prevents further oxidation of the carbon support and the catalyst metal by the oxygen of these groups.
Более низкое содержание водорода не обеспечивает необходимое удаление кислородсодержащих групп и требуемый ресурс катализатора, а более высокая концентрация водорода не дает дополнительного положительного эффекта. Более низкое рабочее давление не позволяет создать устойчивый разряд, а более высокое давление не дает дополнительного положительного эффекта. Более высокая плотность анодного тока приводит к локальному перегреву каталитической массы и агломерации каталитических частиц, а более низкие плотности тока не дают положительного эффекта, но увеличивают время обработки. Низший предел температуры обусловлен разогревом катализатора ионной бомбардировкой, а температура более 250°С приводит к заметному снижению поверхности катализатора за счет агломерации. Более низкое напряжение, подаваемое на чашу, не обеспечивает необходимую интенсивность обработки каталитической массы ионами, а более высокое напряжение не дает дополнительного положительного эффекта.A lower hydrogen content does not provide the necessary removal of oxygen-containing groups and the required catalyst resource, and a higher hydrogen concentration does not provide an additional positive effect. A lower working pressure does not allow a stable discharge, and a higher pressure does not give an additional positive effect. A higher anode current density leads to local overheating of the catalytic mass and agglomeration of the catalytic particles, and lower current densities do not give a positive effect, but increase the processing time. The lower temperature limit is due to the heating of the catalyst by ion bombardment, and a temperature of more than 250 ° C leads to a noticeable decrease in the surface of the catalyst due to agglomeration. A lower voltage supplied to the bowl does not provide the necessary intensity of the treatment of the catalytic mass with ions, and a higher voltage does not give an additional positive effect.
Такая дополнительная операция позволит кроме платины и никеля изготавливать катализаторы с палладием и кобальтом - материалами, которые быстро окисляются под действием кислородсодержащих групп углеродного носителя и обеспечивают стабильную работу катализатора только после удаления этих групп.Such an additional operation will allow, in addition to platinum and nickel, to manufacture catalysts with palladium and cobalt - materials that are rapidly oxidized by the action of oxygen-containing carbon carrier groups and ensure stable operation of the catalyst only after these groups are removed.
Недостаток прототипа заключается в относительно низкой стабильности в связи с наличием на поверхности готового катализатора кислородсодержащих групп. В этом случае в процессе работы, под действием кислорода происходит более быстрое окисление и постепенное выгорание углеродного носителя, что приводит к деградации характеристик катализатора.The disadvantage of the prototype is the relatively low stability due to the presence on the surface of the finished catalyst of oxygen-containing groups. In this case, during operation, under the action of oxygen, more rapid oxidation and gradual burning of the carbon carrier occurs, which leads to degradation of the characteristics of the catalyst.
В результате обработки активная поверхность катализатора остается неизменной или даже возрастает.As a result of the treatment, the active surface of the catalyst remains unchanged or even increases.
Проведенные ресурсные испытания показали, что обработанный катализатор стабильно работает в течение 6000 часов и более без снижения характеристик.Life tests showed that the treated catalyst stably works for 6000 hours or more without compromising performance.
В качестве углеродного материала используют сажу Vulcan XC-72, нанотрубки или нановолокна.Vulcan XC-72 carbon black, nanotubes or nanofibers are used as the carbon material.
В качестве инертного газа используют аргон, гелий или неон.Argon, helium or neon are used as an inert gas.
Параметры ультразвука составляют: частота 37-40 кГц, мощность 150-200 Вт.The ultrasound parameters are: frequency 37-40 kHz, power 150-200 watts.
Пример 1 (прототип).Example 1 (prototype).
В реакционный сосуд объемом 500 мл помещают 220 мг сажи Vulcan XC-72, добавляют 100 мл смеси этиленгликоль-этиловый спирт (А) в соотношении 2,5:1. Количество смеси (А) принимают из расчета 40-50 мл на каждые 100 мг сажи. Полученную смесь перемешивают дисперсионным гомогенизатором со скоростью 20000-22000 об/мин в течение 20 мин. Затем сосуд со смесью помещают в ультразвуковую ванну, при комнатной температуре, добавляют 31,2 мл водного раствора хлорида никеля (с содержанием Ni 69,86 мг) и 2,12 мл водного раствора гексахлорплатиновой кислоты (с содержанием Pt 76,84 мг). Соотношение смеси (А) к общему количеству воды составляет 3:1, добавляют 1 мл водного раствора аммиака и включают обработку ультразвуком при барботировании аргоном. Через 15 мин по каплям добавляют 50 мл 1М раствора борогидрида натрия в 1М растворе NaOH. Через 1 час происходит расслоение реакционной массы. Верхняя прозрачная часть сливается, а нижняя отмывается бидистиллированной водой с помощью центрифуги до нейтральной реакции сливного раствора. Полученный катализатор сушат. Получают катализатор состава PtNi (1:1 ат.) на углероде с содержанием PtNi 40 мас.%.220 mg of Vulcan XC-72 carbon black is placed in a 500 ml reaction vessel, and 100 ml of a 2.5: 1 ethylene glycol-ethanol mixture (A) are added. The amount of mixture (A) is taken at the rate of 40-50 ml for every 100 mg of carbon black. The resulting mixture was stirred with a dispersion homogenizer at a speed of 20,000-22,000 rpm for 20 minutes. Then the vessel with the mixture is placed in an ultrasonic bath at room temperature, 31.2 ml of an aqueous solution of nickel chloride (with a Ni content of 69.86 mg) and 2.12 ml of an aqueous solution of hexachloroplatinic acid (with a Pt content of 76.84 mg) are added. The ratio of the mixture (A) to the total amount of water is 3: 1, add 1 ml of an aqueous solution of ammonia and include sonication while argon sparging. After 15 minutes, 50 ml of a 1M sodium borohydride solution in a 1M NaOH solution are added dropwise. After 1 hour, the reaction mass is stratified. The upper transparent part is drained, and the lower is washed with double-distilled water using a centrifuge until the drain solution is neutral. The resulting catalyst was dried. Get the catalyst composition PtNi (1: 1 at.) On carbon with a PtNi content of 40 wt.%.
Удельная активная поверхность катализатора, измеренная потенциодинамическим методом с помощью потенциостата "Solartron 1285" в стандартной трехэлектродной ячейке, составила 54 м2/г.The specific active surface of the catalyst, measured by the potentiodynamic method using a Solartron 1285 potentiostat in a standard three-electrode cell, was 54 m 2 / g.
Полученный катализатор был использован при изготовлении каталитической композиции катода мембрано-электродного блока (МЭБ) топливного элемента (ТЭ). Катодная каталитическая композиция представляет собой дисперсию частиц катализатора состава PtNi (1:1 ат) на углероде с содержанием PtNi 40 мас.%. ((PtNi)40/V) (1:1) и раствор иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (35 мас.%). После обработки в ультразвуковом диспергаторе полученная эмульсия наносится на материал типа "Пантекс" с сажевым гидрофобным подслоем методом воздушного распыления. На аноде используется каталитическая смесь, состоящая из монокатализатора Pt на углеродном носителе и раствора иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (35 мас.%). Далее катод, анод и газоразделительная мембрана объединяются в МЭБ топливного элемента. МЭБ помещался в нержавеющую термостатируемую ячейку. Температура ячейки - 85°С. Испытание блоков проходили с использованием водорода и кислорода из электролизера и воздуха из компрессора. Водород и воздух дополнительно увлажнялись (температура увлажнения - 85°С). Давление газов поддерживалось постоянным с помощью редукторов, установленных на выходе газовых трактов, контролировалось манометрами (для кислорода - 3 ати, для водорода и воздуха - 2 ати). Вольт-амперные характеристики снимались после выхода тока и напряжения на стационарные значения. Получены следующие характеристики: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,88 В, плотность тока - 1 А/см2.The resulting catalyst was used in the manufacture of the catalytic composition of the cathode of the membrane-electrode block (OIE) of the fuel cell (TE). The cathode catalyst composition is a dispersion of particles of a catalyst composition of PtNi (1: 1 at) on carbon with a PtNi content of 40 wt.%. ((PtNi) 40 / V) (1: 1) and a solution of the ionomer (MF-4SK) in propanol-2 (35 wt.%). After processing in an ultrasonic disperser, the emulsion obtained is applied to a Pantex-type material with a carbon black hydrophobic sublayer by air spraying. A catalytic mixture consisting of a Pt monocatalyst on a carbon support and a solution of an ionomer (MF-4SK) in propanol-2 (35 wt.%) Is used at the anode. Next, the cathode, anode and gas separation membrane are combined in the OIE of the fuel cell. The OIE was placed in a stainless thermostatic cell. The cell temperature is 85 ° C. The test blocks were carried out using hydrogen and oxygen from the electrolyzer and air from the compressor. Hydrogen and air were additionally humidified (humidification temperature - 85 ° С). The gas pressure was maintained constant with the help of reducers installed at the outlet of the gas paths, controlled by manometers (for oxygen - 3 ati, for hydrogen and air - 2 ati). The current-voltage characteristics were measured after the current and voltage reached steady-state values. The following characteristics were obtained: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the voltage on the cell is 0.88 V, the current density is 1 A / cm 2 .
ТЭ стабильно работал в течение 3500 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы - через 3650 часов от начала работы напряжение на ячейке водород-кислородного ТЭ составляет уже 0,79 В, через 3710 часов - 0,74 В, а еще через 40 часов - 0,71 В.The fuel cell stably worked for 3500 hours, after which a gradual decrease in the performance is observed - after 3650 hours from the start of operation, the voltage on the cell of the hydrogen-oxygen fuel cell is already 0.79 V, after 3710 hours - 0.74 V, and after 40 hours - 0.71 V.
Примеры 2-24 осуществления заявленного изобретения.Examples 2-24 of the implementation of the claimed invention.
Пример 2.Example 2
Как пример 1, но после сушки готовый катализатор в количестве 0,6 г тщательно измельчают пестиком в ступке и загружают в металлическую чашу диаметром 115 мм с плоским дном и стенками высотой 25 мм.As example 1, but after drying, the finished catalyst in an amount of 0.6 g is carefully ground with a pestle in a mortar and loaded into a metal bowl with a diameter of 115 mm with a flat bottom and walls 25 mm high.
Чашу с катализатором помещают в лабораторную магнетронную установку, укомплектованную планарным магнетроном постоянного тока. Под чашей расположен постоянный круговой магнит вверх полюсом N.The bowl with the catalyst is placed in a laboratory magnetron setup equipped with a planar DC magnetron. Under the bowl is a permanent circular magnet with the N pole up.
Процесс проводят при вибрации чаши по вертикальной оси с частотой 3 Гц и амплитудой 0,7 мм с одновременным вращением ее вокруг этой оси со скоростью 15 об/мин. Давление рабочего газа (Ar с примесью водорода) в камере 3·10-3 Торр. Содержание водорода в водородно-аргоновой плазме составляет 6 об.%. Плотность анодного тока - 7 мА/см2. Напряжение, подаваемое на чашу, - 50 В. Температура в слое катализатора - 150°С. Время проведения процесса составляет - 1 час.The process is carried out with vibration of the bowl along the vertical axis with a frequency of 3 Hz and an amplitude of 0.7 mm while rotating it around this axis at a speed of 15 rpm. The pressure of the working gas (Ar mixed with hydrogen) in the chamber 3 · 10 -3 Torr. The hydrogen content in the hydrogen-argon plasma is 6 vol.%. The density of the anode current is 7 mA / cm 2 . The voltage supplied to the bowl is 50 V. The temperature in the catalyst bed is 150 ° C. The process takes 1 hour.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки 55 м2/г.The specific active surface of the catalyst after processing 55 m 2 / g
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода мембранно-электродного блока (МЭБ) топливного элемента (ТЭ). Топливный элемент стабильно работал в течение 6000 часов без изменения характеристик.After processing the catalyst, its life tests were carried out as a part of the cathode of the membrane-electrode block (OIE) of the fuel cell (TE). The fuel cell stably worked for 6000 hours without changing the characteristics.
Пример 3.Example 3
Катализатор, обработанный в примере 2 с содержанием PtNi 40 мас.% (1:1 ат) на углеродном носителе, был использован при изготовлении каталитической композиции катода мембранно-электродного блока (МЭБ) электролизера воды. Катодная каталитическая композиция представляет собой дисперсию частиц катализатора состава PtNi (1:1 ат.) на углероде с содержанием PtNi 40 мас.% ((PtNi)40/V) (1:1) и раствор иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (20-25 мас.%). После обработки в ультразвуковом диспергаторе полученная эмульсия наносится на пористый титан методом воздушного распыления. На аноде используется каталитическая смесь, состоящая из иридиевой черни и раствора иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (5-7 мас.%). Далее катод, анод и газоразделительная мембрана объединяются в интегрированный МЭБ электролизера методом термопрессования. Затем сборку устанавливают в ячейку для электролиза деионизированной воды и подают электрический ток плотностью 0,5 А/см2 при 90°С в течение 1 часа. Через час плотность тока увеличивают. Напряжение на ячейке составляет 1,61 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С. Электролизная ячейка ежедневно отключалась, что создавало условия для диффузии кислорода на катод.The catalyst treated in Example 2 with a PtNi content of 40 wt.% (1: 1 at) on a carbon support was used in the manufacture of the catalytic composition of the cathode of the membrane-electrode unit (OIE) of a water electrolyzer. The cathodic catalyst composition is a dispersion of particles of a catalyst of PtNi composition (1: 1 at.) On carbon with a PtNi content of 40 wt.% ((PtNi) 40 / V) (1: 1) and a solution of an ionomer (MF-4SK) in propanol 2 (20-25 wt.%). After processing in an ultrasonic disperser, the emulsion obtained is applied to porous titanium by air spraying. A catalytic mixture consisting of iridium black and a solution of an ionomer (MF-4SK) in propanol-2 (5-7 wt.%) Is used at the anode. Next, the cathode, anode and gas separation membrane are combined into an integrated OIE electrolyzer by thermal compression. Then the assembly is installed in the cell for electrolysis of deionized water and serves an electric current density of 0.5 A / cm 2 at 90 ° C for 1 hour. After an hour, the current density is increased. The voltage on the cell is 1.61 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C. The electrolysis cell was switched off daily, which created conditions for the diffusion of oxygen to the cathode.
Электролизная ячейка стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.The electrolysis cell stably works for 6000 hours without changing the characteristics of the work.
Пример 4.Example 4
Как пример 1, но вместо водного раствора хлорида никеля добавляют 32,4 мл водного раствора хлорида палладия (П) PdCl2 (с содержанием палладия 125,5 мг). Получают катализатор состава PtPd (1:1 ат) на углероде с содержанием PtPd 40 мас.%.As an example 1, but instead of an aqueous solution of nickel chloride, 32.4 ml of an aqueous solution of palladium (P) chloride PdCl 2 (with a palladium content of 125.5 mg) are added. Get the catalyst composition PtPd (1: 1 at) on carbon with a PtPd content of 40 wt.%.
Далее проводят обработку катализатора, как в примере 2. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 56 м2/г.The catalyst is then treated as in Example 2. The specific active surface of the catalyst after treatment is 56 m 2 / g.
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода МЭБ электролизера воды, как в примере 3. Напряжение на ячейке составляет 1, 59 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С. Электролизная ячейка стабильно работала в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.After processing the catalyst, its life tests were carried out as part of the OIE cathode of the water electrolyzer, as in example 3. The voltage on the cell is 1, 59 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C. The electrolysis cell worked stably for 6000 hours without changing the characteristics of the work.
Пример 5.Example 5
Как пример 1, но вместо раствора борогидрида натрия по каплям добавляют 150 мл формальдегида.As example 1, but instead of a solution of sodium borohydride, 150 ml of formaldehyde are added dropwise.
Удельная активная поверхность катализатора составила 56 м2/г.The specific active surface of the catalyst was 56 m 2 / g.
Получены следующие характеристики: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке 0,89 В, плотность тока - 1 А/см2. ТЭ стабильно работал в течение 3570 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы - через 3620 часов от начала работы напряжение на ячейке водород-кислородного ТЭ составляет уже 0,82 В, через 3690 часов - 0,76 В, а еще через 40 часов - 0,72 В.The following characteristics are obtained: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the cell voltage is 0.89 V, the current density is 1 A / cm 2 . The fuel cell stably worked for 3570 hours, after which a gradual decrease in the performance is observed - after 3620 hours from the start of operation, the voltage on the cell of the hydrogen-oxygen fuel cell is already 0.82 V, after 3690 hours - 0.76 V, and after 40 hours - 0.72 V.
Пример 6.Example 6
Как пример 5, но после сушки готовый катализатор обрабатывают, как в примере 2.As example 5, but after drying the finished catalyst is processed, as in example 2.
Топливный элемент в составе полученного катализатора стабильно работал в течение более 6000 часов без изменения характеристик.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably worked for more than 6000 hours without changing the characteristics.
Пример 7.Example 7
Как пример 1, но вместо раствора борогидрида натрия по каплям добавляют 200 мл муравьиной кислоты.As example 1, but instead of a solution of sodium borohydride, 200 ml of formic acid are added dropwise.
Удельная активная поверхность катализатора составила 53 м2/г.The specific active surface of the catalyst was 53 m 2 / g.
Получены следующие характеристики: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,86 В, плотность тока - 1 А/см2. ТЭ стабильно работал в течение 3480 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы - через 3510 часов от начала работы напряжение на ячейке водород-кислородного ТЭ составляет уже 0,81 В, через 3600 часов - 0,75 В, а еще через 25 часов - 0,69 В.The following characteristics were obtained: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the voltage on the cell is 0.86 V, the current density is 1 A / cm 2 . The fuel cell stably worked for 3480 hours, after which a gradual decrease in the performance is observed - after 3510 hours from the start of operation, the voltage on the cell of the hydrogen-oxygen fuel cell is already 0.81 V, after 3600 hours - 0.75 V, and after another 25 hours - 0.69 V.
Пример 8.Example 8
Как пример 7, но после сушки готовый катализатор обрабатывают, как в примере 2. Топливный элемент в составе полученного катализатора стабильно работал в течение более 6000 часов без изменения характеристик.As example 7, but after drying, the finished catalyst is processed, as in example 2. The fuel element in the composition of the obtained catalyst stably worked for more than 6000 hours without changing the characteristics.
Пример 9.Example 9
Как пример 4, но вместо водного раствора хлорида палладия (П) добавляют 29,8 мл водного раствора хлорида кобальта (П) CoCl2 (с содержанием кобальта 70,22 мг). Получают катализатор состава PtCo (1:1 ат) на углероде с содержанием PtCo 40 мас.%. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 54 м2/г.As example 4, but instead of an aqueous solution of palladium (P) chloride, 29.8 ml of an aqueous solution of cobalt (P) chloride CoCl 2 (with a cobalt content of 70.22 mg) is added. Get the catalyst composition PtCo (1: 1 at) on carbon with a PtCo content of 40 wt.%. The specific active surface of the catalyst after processing is 54 m 2 / g.
Напряжение на ячейке составляет 1,62 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С.The voltage on the cell is 1.62 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C.
Пример 10.Example 10
Как пример 4, но вместо раствора борогидрида натрия по каплям добавляют 150 мл формальдегида.As example 4, but instead of a solution of sodium borohydride, 150 ml of formaldehyde are added dropwise.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки 58 м2/г.The specific active surface of the catalyst after treatment is 58 m 2 / g.
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода МЭБ электролизера воды, как в примере 3. Напряжение на ячейке составляет 1,61 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С. Электролизная ячейка стабильно работала в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.After processing the catalyst, its life tests were carried out as part of the OIE cathode of the water electrolyzer, as in example 3. The voltage on the cell is 1.61 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C. The electrolysis cell worked stably for 6000 hours without changing the characteristics of the work.
Пример 11.Example 11
Как пример 9, но вместо водного раствора хлорида кобальта (П) добавляют 18,8 мл водного раствора хлорида палладия (П) PdCl2 (с содержанием палладия 57,63 мг) и 12,3 мл водного раствора нитрата никеля (П) Ni(NO3)2 (с содержанием никеля 57,63 мг). Получают катализатор состава Pt-Pd-Ni (40:30:30 мас.%) на углероде с содержанием Pt-Pd-Ni 40 мас.%. Удельная активная поверхность катализатора после обработки 57 м2/г.As example 9, but instead of an aqueous solution of cobalt (P) chloride, 18.8 ml of an aqueous solution of palladium (P) chloride PdCl 2 (with a palladium content of 57.63 mg) and 12.3 ml of an aqueous solution of nickel (P) Ni nitrate ( NO 3 ) 2 (with a nickel content of 57.63 mg). Get the catalyst composition Pt-Pd-Ni (40:30:30 wt.%) On carbon with a Pt-Pd-Ni content of 40 wt.%. The specific active surface of the catalyst after processing 57 m 2 / year
Напряжение на ячейке составляет 1,57 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С.The voltage on the cell is 1.57 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C.
Пример 12.Example 12
Как пример 11, но вместо водного раствора нитрата никеля (П) добавляют 12,6 мл водного раствора нитрата кобальта (П) Co(NO3)2 (с содержанием кобальта 57,63 мг). Получают катализатор состава Pt-Pd-Co (40:30:30 мас.%) на углероде с содержанием Pt-Pd-Co 40 мас.%. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 49 м2/г.As an example 11, but instead of an aqueous solution of nickel nitrate (P), 12.6 ml of an aqueous solution of cobalt (P) nitrate Co (NO 3 ) 2 (with a cobalt content of 57.63 mg) are added. Get the catalyst composition Pt-Pd-Co (40:30:30 wt.%) On carbon with a Pt-Pd-Co content of 40 wt.%. The specific active surface of the catalyst after processing is 49 m 2 / g.
Напряжение на ячейке составляет 1,63 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С.The voltage on the cell is 1.63 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C.
Пример 13.Example 13
Как пример 1, но вместо водного раствора хлорида никеля добавляют 18,8 мл водного раствора хлорида палладия (П) PdCl2 (с содержанием палладия 57,63 мг) и 12,6 мл водного раствора нитрата кобальта (П) Co(NO3)2 (с содержанием кобальта 57,63 мг). Вместо раствора боргидрида натрия по каплям добавляют 150 мл формальдегида.As example 1, but instead of an aqueous solution of nickel chloride, 18.8 ml of an aqueous solution of palladium (P) chloride PdCl 2 (with a palladium content of 57.63 mg) and 12.6 ml of an aqueous solution of cobalt (P) Co (NO 3 ) nitrate are added 2 (with a cobalt content of 57.63 mg). Instead of sodium borohydride solution, 150 ml of formaldehyde are added dropwise.
Далее проводят обработку катализатора, как в примере 2. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 54 м2/г.Then, the catalyst is treated as in Example 2. The specific active surface of the catalyst after processing is 54 m 2 / g.
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода МЭБ электролизера воды, как в примере 3. Напряжение на ячейке составляет 1, 62 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С. Электролизная ячейка стабильно работала в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.After processing the catalyst, its life tests were carried out as part of the OIE cathode of the water electrolyzer, as in example 3. The voltage on the cell is 1, 62 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C. The electrolysis cell worked stably for 6000 hours without changing the characteristics of the work.
Пример 14.Example 14
Как пример 9, но вместо водного раствора хлорида кобальта (П) добавляют 30,4 мл водного раствора нитрата кобальта (П) Со(NO3)2.As example 9, but instead of an aqueous solution of cobalt chloride (P), 30.4 ml of an aqueous solution of cobalt nitrate (P) Co (NO 3 ) 2 are added.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки составила 51,5 м2/г. Напряжение на ячейке составляет 1,62 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90°С.The specific active surface of the catalyst after processing was 51.5 m 2 / g. The voltage on the cell is 1.62 V at a current density of 1 A / cm 2 and a temperature of 90 ° C.
Пример 15.Example 15
Как пример 2, но плотность анодного тока на лабораторной магнетронной установке составляет 2 мА/см2, что обеспечивает меньшую, чем в примере 2, интенсивность ионной бомбардировки катализатора.As example 2, but the density of the anode current in the laboratory magnetron setup is 2 mA / cm 2 , which provides lower than in example 2, the intensity of the ion bombardment of the catalyst.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м2/г).The specific active surface of the catalyst after processing did not change (54 m 2 / g).
Топливный элемент в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 5000 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 5000 hours, after which a gradual decrease in performance is observed.
Пример 16.Example 16
Как пример 2, но плотность анодного тока на лабораторной магнетронной установке составляет 15 мА/с2, что обеспечивает большую, чем в примере 2, интенсивность ионной бомбардировки катализатора.As example 2, but the density of the anode current in the laboratory magnetron setup is 15 mA / s 2 , which provides a greater than in example 2, the intensity of the ion bombardment of the catalyst.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки незначительно увеличилась и составила 58 м2/г.After treatment, the specific active surface of the catalyst slightly increased and amounted to 58 m 2 / g.
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,89 В, плотность тока - 1 А/см2.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 6000 hours without changing the performance characteristics: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the cell voltage is 0.89 V, the current density is 1 A / cm 2 .
Пример 17.Example 17
Как пример 2, но содержание водорода в водородно-аргоновой плазме составляет 0 об.%.As example 2, but the hydrogen content in the hydrogen-argon plasma is 0 vol.%.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м2/г).The specific active surface of the catalyst after processing did not change (54 m 2 / g).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 4500 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 4500 hours, after which a gradual decrease in the performance is observed.
Пример 18.Example 18
Как пример 2, но содержание водорода в водородно-аргоновой плазме составляет 6 об.%.As example 2, but the hydrogen content in the hydrogen-argon plasma is 6 vol.%.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м2/г).The specific active surface of the catalyst after processing did not change (54 m 2 / g).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 6000 hours without changing the performance characteristics.
Пример 19.Example 19
Как пример 2, но давление газа в камере составляло 2·10-3 Торр.As an example 2, but the gas pressure in the chamber was 2 · 10 -3 Torr.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м2/г.The specific active surface of the catalyst after treatment did not change (54 m 2 / g.
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 5000 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 5000 hours, after which a gradual decrease in the performance is observed.
Пример 20.Example 20
Как пример 2, но давление газа в камере составляло 6·10-3 Торр.As example 2, but the gas pressure in the chamber was 6 · 10 -3 Torr.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки незначительно увеличилась и составила 59 м2/г.After treatment, the specific active surface of the catalyst slightly increased and amounted to 59 m 2 / g.
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,89 В, плотность тока - 1 А/см2.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 6000 hours without changing the performance characteristics: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the cell voltage is 0.89 V, the current density is 1 A / cm 2 .
Пример 21.Example 21
Как пример 2, но температура слоя катализатора в чаше составляла 100°С (разогрев за счет ионной бомбардировки, без включения нагревателя).As example 2, but the temperature of the catalyst layer in the bowl was 100 ° C (heating due to ion bombardment, without turning on the heater).
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м2/г).The specific active surface of the catalyst after processing did not change (54 m 2 / g).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 4700 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 4700 hours, after which a gradual decrease in the performance is observed.
Пример 22.Example 22
Как пример 2, но температура слоя катализатора в чаше составляла 270°С.As example 2, but the temperature of the catalyst layer in the bowl was 270 ° C.
Удельная активная поверхность катализатора после обработки несколько уменьшилась и составила 49 м2/г.After treatment, the specific active surface of the catalyst decreased slightly and amounted to 49 m 2 / g.
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы. Показатели работы ячейки несколько хуже, чем в примере 2 и составляют: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,82 В, плотность тока - 1 А/см2.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 6000 hours without changing the performance characteristics. The cell performance is slightly worse than in example 2 and amounts to: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the voltage on the cell is 0.82 V, the current density is 1 A / cm 2 .
Пример 23.Example 23
Как пример 2, но положительное напряжение, подаваемое на чашу, составляло 30 В. Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м2/г).As example 2, but the positive voltage applied to the bowl was 30 V. The specific active surface of the catalyst after processing did not change (54 m 2 / g).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 4700 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 4700 hours, after which a gradual decrease in performance is observed.
Пример 24.Example 24
Как пример 2, но положительное напряжение, подаваемое на чашу, составляло 70 В. Удельная активная поверхность катализатора после обработки незначительно увеличилась и составила 57 м2/г.As example 2, but the positive voltage applied to the bowl was 70 V. The specific active surface of the catalyst after processing slightly increased and amounted to 57 m 2 / g.
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,85 В, плотность тока - 1 А/см2.The fuel cell in the composition of the obtained catalyst stably works for 6000 hours without changing the performance characteristics: for a hydrogen-oxygen fuel cell, the cell voltage is 0.85 V, the current density is 1 A / cm 2 .
Таким образом, предложенный способ позволит получить стабильно работающий катализатор с высоким ресурсом работы, предназначенный для использования в электролизерах и топливных элементах с твердым полимерным электролитом.Thus, the proposed method will allow to obtain a stably working catalyst with a high service life, intended for use in electrolyzers and fuel cells with a solid polymer electrolyte.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011144264/04A RU2467798C1 (en) | 2011-11-02 | 2011-11-02 | Method of producing catalyst on carbon support |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011144264/04A RU2467798C1 (en) | 2011-11-02 | 2011-11-02 | Method of producing catalyst on carbon support |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2467798C1 true RU2467798C1 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=49254788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011144264/04A RU2467798C1 (en) | 2011-11-02 | 2011-11-02 | Method of producing catalyst on carbon support |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2467798C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701908C2 (en) * | 2017-12-25 | 2019-10-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (Институт катализа СО РАН, ИК СО РАН) | Method of producing carbon material |
| CN113546620A (en) * | 2021-07-22 | 2021-10-26 | 山西大学 | Palladium oxide supported zinc-based catalyst and preparation method and application thereof |
| CN113621986A (en) * | 2021-07-13 | 2021-11-09 | 齐齐哈尔大学 | Preparation method of defective nickel cobaltate/porous carbon |
| CN113813957A (en) * | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 台州学院 | Bimetal composite catalyst, preparation method and application thereof, working electrode and battery system |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02111440A (en) * | 1988-10-19 | 1990-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for preparing catalyst |
| RU2146308C1 (en) * | 1994-02-15 | 2000-03-10 | Рон-Пуленк Шими | Electrically activated material for cathode parts and its manufacturing process |
| WO2004073096A1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-26 | Symyx Technologies Inc. | Method for the synthesis of a fuel cell electrocatalyst |
| JP2005276746A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Hitachi Ltd | Fuel cell and membrane/electrode assembly |
| CN100525911C (en) * | 2005-01-25 | 2009-08-12 | 比亚迪股份有限公司 | preparation process of electrocatalyst for fuel cell |
| KR20100095258A (en) * | 2009-02-20 | 2010-08-30 | 서울대학교산학협력단 | Producing method for electrodes of fuel cell with high temperature type and membrane electrode assembly produced thereby |
| US7867942B2 (en) * | 2007-11-19 | 2011-01-11 | Industrial Technology Research Institute | Highly dispersed carbon supported metal catalyst and method for manufacturing the same |
| RU2421850C1 (en) * | 2010-05-05 | 2011-06-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method of producing nano-sized platinum-nickel catalyst |
| US7994088B2 (en) * | 2006-05-16 | 2011-08-09 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Supported catalyst, method of preparing the same, and fuel cell using the same |
-
2011
- 2011-11-02 RU RU2011144264/04A patent/RU2467798C1/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02111440A (en) * | 1988-10-19 | 1990-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for preparing catalyst |
| RU2146308C1 (en) * | 1994-02-15 | 2000-03-10 | Рон-Пуленк Шими | Electrically activated material for cathode parts and its manufacturing process |
| WO2004073096A1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-26 | Symyx Technologies Inc. | Method for the synthesis of a fuel cell electrocatalyst |
| JP2005276746A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Hitachi Ltd | Fuel cell and membrane/electrode assembly |
| CN100525911C (en) * | 2005-01-25 | 2009-08-12 | 比亚迪股份有限公司 | preparation process of electrocatalyst for fuel cell |
| US7994088B2 (en) * | 2006-05-16 | 2011-08-09 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Supported catalyst, method of preparing the same, and fuel cell using the same |
| US7867942B2 (en) * | 2007-11-19 | 2011-01-11 | Industrial Technology Research Institute | Highly dispersed carbon supported metal catalyst and method for manufacturing the same |
| KR20100095258A (en) * | 2009-02-20 | 2010-08-30 | 서울대학교산학협력단 | Producing method for electrodes of fuel cell with high temperature type and membrane electrode assembly produced thereby |
| RU2421850C1 (en) * | 2010-05-05 | 2011-06-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method of producing nano-sized platinum-nickel catalyst |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701908C2 (en) * | 2017-12-25 | 2019-10-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (Институт катализа СО РАН, ИК СО РАН) | Method of producing carbon material |
| CN113813957A (en) * | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 台州学院 | Bimetal composite catalyst, preparation method and application thereof, working electrode and battery system |
| CN113813957B (en) * | 2020-06-19 | 2023-07-25 | 台州学院 | Bimetal composite catalyst, preparation method and application thereof, working electrode and battery system |
| CN113621986A (en) * | 2021-07-13 | 2021-11-09 | 齐齐哈尔大学 | Preparation method of defective nickel cobaltate/porous carbon |
| CN113546620A (en) * | 2021-07-22 | 2021-10-26 | 山西大学 | Palladium oxide supported zinc-based catalyst and preparation method and application thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101797782B1 (en) | Catalyst with metal oxide doping for fuel cells | |
| EP3027308B1 (en) | Method for forming noble metal nanoparticles on a support | |
| JP5456797B2 (en) | Fuel cell electrode catalyst | |
| US7557057B2 (en) | Method for preparation of highly dispersed supported platinum catalyst | |
| CN1222772A (en) | Solid high polymer electrolytic-catalytic composite electrode, electrode for fuel cell and manufacture thereof | |
| RU2467798C1 (en) | Method of producing catalyst on carbon support | |
| Niu et al. | Highly active and durable methanol electro-oxidation catalyzed by small palladium nanoparticles inside sulfur-doped carbon microsphere | |
| WO2014100912A1 (en) | Gas diffusion electrode and preparation method thereof | |
| JP2023539876A (en) | Carbon supported platinum group metal catalyst, its production method and its application | |
| Liu et al. | Influence of preparation process of MEA with mesocarbon microbeads supported Pt–Ru catalysts on methanol electrooxidation | |
| CN112680745B (en) | Tungsten nitride nano porous film integrated electrode with ruthenium nanocluster loaded in limited domain and preparation method and application thereof | |
| RU2421850C1 (en) | Method of producing nano-sized platinum-nickel catalyst | |
| CN112018399B (en) | Catalytic electrode material, preparation method and application thereof, electrode and electrochemical cell | |
| RU2324538C1 (en) | Catalyst with nanoparticles on carrier and method of its production | |
| RU2424850C2 (en) | Method of producing catalyst with platinum nanoparticles | |
| CN106757142B (en) | Preparation method and application of carbon fiber loaded nanoscale bimetal PtCo catalytic electrode | |
| CN115558954A (en) | Oxygen-doped carbon nanosheet-supported palladium monatomic catalyst and preparation method and application thereof | |
| KR102180882B1 (en) | Synthesis method of water electrolysis catalyst using ultrasonic spray pyrolysis | |
| JP2007029931A (en) | Catalyst carrier and catalyst carrier for electrode catalyst of fuel cell | |
| RU2595900C1 (en) | Method of making and modifying electrochemical catalysts on carbon support | |
| RU2701549C1 (en) | Method of forming catalytic layer of solid polymer fuel element | |
| KR100844752B1 (en) | Method for preparing the mixed electrode catalyst materials for a solid electrolyte fuel cell | |
| JP2005270863A (en) | Manufacturing method of electrode catalyst | |
| KR102529612B1 (en) | Manufacturing method of catalyst for a fuel cell | |
| Nadirov et al. | The New Approach to Enhance the Activity of Fe/N/C Catalyst for Oxygen Reduction Reaction by Electrochemical Treatment. |