RU2674748C1 - Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов - Google Patents
Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674748C1 RU2674748C1 RU2017132913A RU2017132913A RU2674748C1 RU 2674748 C1 RU2674748 C1 RU 2674748C1 RU 2017132913 A RU2017132913 A RU 2017132913A RU 2017132913 A RU2017132913 A RU 2017132913A RU 2674748 C1 RU2674748 C1 RU 2674748C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- palladium
- layer
- membrane
- metal
- Prior art date
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 68
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 68
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 5
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 4
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 238000005363 electrowinning Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000002940 palladium Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/94—Non-porous diffusion electrodes, e.g. palladium membranes, ion exchange membranes
-
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента относится к области электрохимии, а именно к изготовлению конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к изготовлению водородных электродов. Он включает закрепление на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки тонкой палладийсодержащей мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни. При этом мембрану изготавливают послойно в виде тонкой трехслойной композитной пленки, внутренний слой которой изготавливают из металла, хорошо растворяющего водород, такого как уран, титан, торий, церий, ванадий или тантал толщиной 2-50 мкм, а наружные слои - из палладия или его сплавов толщиной 0,1-0,5 мкм. Изобретение позволяет снизить содержание драгоценного металла - палладия. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к изготовлению конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к изготовлению водородных электродов.
Актуальной задачей развития альтернативной энергетики является разработка кислородно-водородного топливного элемента с цельнометаллическим палладийсодержащим водородопроницаемым водородным электродом, работающих при низких (20-100°C) температурах. Это позволит использовать в топливном элементе жидкий электролит и приведет (за счет изменения трехфазной границы газ - металл токоотвода - электролит на двухфазную палладиевый сплав - электролит) к улучшению вольтамперных характеристик элемента, снижению поляризации, уменьшению внутреннего сопротивления и к увеличению удельной мощности. Кроме того, палладий является катализатором электродного процесса по всей двухфазной границе, поэтому не требуется дополнительного нанесения катализатора. Также возможно применение водородного электрода в составе двухэлектродной ячейки с протоносодержащим электролитом в составе водородного насоса или компрессора [К.А. Джусь, И.Г. Штатный, С.А. Григорьев / Наноструктурные электрокатализаторы для водородного компрессора с твердым полимерным электролитом // Вестник МИТХТ Химия и технология неорганических материалов», 2009, т. 4, №6 (90)].
Палладий и его сплавы применяют для получения мембран, способных пропускать газообразный водород [Rothenberger K.S., Cugini A.V., Howard В.Н., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68.]. Такие мембраны имеют рабочие температуры в интервале 200-800°C, так как в первую очередь предназначены для разделения высокотемпературных водородных смесей, получаемых пирогенетическими методами из органических водородосодержащих топлив. Из-за их высокой проницаемости и селективности по сравнению с другими материалами металлические водородопроводящие мембраны при высоких температурах остаются предметом интенсивных исследований. Легирование палладия влияет на диффузию водорода внутри мембраны, на скорость растворения и выделения атомов водорода, на рекомбинацию и диссоциацию молекул и, в меньшей степени, на адсорбцию и десорбцию.
Основными характеристиками палладиевых мембран для выделения водорода из газовых смесей являются скорость проникновения водорода через мембрану, ее прочность и стойкость при эксплуатации. Для мембраны же выполняющей роль диффузионного электрода добавляется важная характеристика скорость электроэкстракции растворенного водорода на границе мембрана / электролит.
Процесс водородопроницаемости палладия и его сплавов состоит из трех основных стадий [Байчток Ю.К., Соколинский Ю.А., Айзенбуд М.Б. / О лимитирующей стадии проницаемости водорода через мембраны из палладиевых сплавов // Журнал физической химии. 1976. Т. 50. N 6. С. 1543-1546.]:
- диссоциация водорода на входной поверхности мембраны, протекающая со скоростью νi,
- диффузия атомарного водорода через мембрану, протекающая со скоростью νД,,
- рекомбинация атомов водорода в молекулы на выходной стороне мембраны, протекающая со скоростью νо.
Лимитирование той или иной стадии является предметом многочисленных исследований и зависит от многих факторов, например в случае особо чистого водорода лимитирующей является стадия диффузии, а в случае незначительных примесей серы, углеводородов и т.д. лимитирующими становятся стадии диссоциации на газовой стороне мембраны и(или) электроэкстракции на электролитной стороне. Последний случай является наиболее вероятным для патентуемого мембранного электрода, так как он будет работать не на чистом водороде. В таких условиях повысить скорость переноса водорода через мембрану можно модификацией поверхности палладиевой мембраны специальными «водородными переносчиками», повышающими скорости диффузии водорода на газовой стороне мембранного электрода и электроэкстракции на электролитной стороне.
Уровень техники мембранных металлических электродов представлен рядом американских патентов: US Patents №№7,955,491; 9044715; 8778058; 8119205; 7611565; 7255721; 7022165; 9246176; RU на изобретения №№2256981; 2334310, 1840848, 2624012,2577860, на полезную модель №74242.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является патент [RU №2624012 Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов]. Согласно прототипу заявлен способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента, путем закрепления на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки тонкой палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни.
Основным недостатком описанного способа является то, что при его осуществлении из-за высоких затрат драгоценного металла как палладий - металла с высокой рыночной стоимостью, метод производства водородного электрода, а также изделий на его основе, например водородного насоса и низкотемпературного топливного элемента, дорогостоящий и низко экономичный.
Технической задачей является создание способа изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов, позволяющего изготавливать изделие более экономично за счет снижения в нем драгоценного металла палладия в 4-500 раз.
Указанная техническая задача решается за счет изготовления мембраны электрода в виде композита (сэндвича) из трех сплошных слоев, при этом только внешние тонкие слои изготовлены из палладия или его сплавов, что снижает содержание в устройстве дорогостоящего палладия
Для решения технической задачи предлагается изготавливать водородный электрод для кислородно-водородного топливного элемента, путем закрепления на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки тонкой палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни. При этом мембрану изготавливают послойно в виде тонкой трехслойной композитной пленки, внутренний слой которой изготавливают из металла хорошо растворяющего водород, такого как уран, торий, церий, титан, ванадий или тантал, а наружные слои - из палладия или его сплавов, при этом соотношение толщины внутреннего и суммарной толщины наружных слоев составляет 4:1-500:1.
На фиг. 1 изображен водородный электрод из тонкой модифицированной композитной металлической пленки, изготовленный предлагаемым способом, на фиг. 2 - мембрана из тонкой трехслойной композитной модифицированной пленки, а на фиг. 3 - водородный насос, выполненный из двух заявляемых электродов фильтр-прессной сборки.
Электрод, изготовляемый заявленным способом (фиг. 1) включает композитную мембрану 1 выполненную в виде трехслойной фольги толщиной 2-50 мкм. На обе стороны мембраны 1 нанесен слой мелкодисперсной (наноразмерной) палладиевой черни 2. Композитная фольга 1, с одной стороны методом контактной точечной сварки - точки 3, закреплена на поверхности пористой металлической никелевой основы 4. Основа 4 электрически контактирует с металлической газораспределительной плитой 5. В объеме и на поверхности плиты 5 со стороны мембраны 1 сформирована система газораспределительных (продувочных) каналов 6 оканчивающаяся концевыми газовыми штуцерами 7 с кранами. Водородный насос (фиг. 3) составлен из двух водородных электродов (фиг. 1) соединенных в конструкцию четырьмя металлическими шпильками 8 при помощи гаек 9. матричный электролит - 10, разделяет водородные электроды (фиг. 1).
Мембрану (фиг. 2) можно изготавливать путем последовательного магнетронного напыления в вакууме первого слоя палладия или палладиевого сплава 2 толщиной 0,1-0,5 мкм, дальнейшего напыления на него второго - внутреннего слоя металла 1, выбранного из ряда: уран, торий, церий, титан, ванадий или тантал толщиной 2-50 мкм и заключительного напыления третьего внешнего слоя палладия или палладиевого сплава 2 толщиной 0,1-0,5 мкм., с последующим двусторонним покрытием обеих палладиевых поверхностей наноразмерным металлическим порошком из палладиевой черни 3 и соединением трехслойной композитной модифицированной пленки с пористой металлической, например никелевой основой, путем точечной контактной сварки. Покрытие дисперсным металлом можно осуществлять его химическим восстановлением из водных растворов солей; электролитическим осаждением из водных растворов солей палладия; магнетронным напылением пленки сплава Ренея с последующим диффузионным спеканием полученного «сэндвича» и вытравливанием неактивного компонента из поверхности пленки, а в качестве мелкодисперсного металла покрытия мембраны использовать металл группы «переносчиков водорода», т.е. из ряда металлов 4d, 5d, 6d элементов периодической системы Менделеева.
Изготовление на основе двух вышеприведенных электродов водородного насоса (топливного элемента) фиг. 3 производится так. Два водородных электрода, представленных на фиг. 1 приводятся в контакт друг с другом со стороны противоположной металлическим плитам 5 в процессе механической стяжки фильтр-прессной конструкции водородного насоса или топливного элемента при помощи четырех шпилек 8 и гаек 9. При этом слои мелкодисперсной палладиевой черни 2 контактируют через матричный электролит 10, представляющий собой слой асбестовой бумаги, пропитанной 33% раствором электролита, например NaOH, таким образом, чтобы мелкодисперсное покрытие на электролитной стороне служило электрокатализатором электродного процесса окисления и восстановления водорода. Путем открытия кранов на концевых газовых штуцерах 7 осуществляется продувка системы газораспределительных каналов 6 и пор пористых никелевых пластин 4 водородом. Через определенное время, когда в системе газораспределительных каналов 6 и порах пористой никелевой пластины остается чистый водород, один из кранов выходного штуцера 7 левого электрода закрывается и система переходит в рабочий режим. Водород, поступающий через поры пористой никелевой пластины 4, расположенной слева, подается к газовой поверхности левой композитной палладийсодержащей мембраны 1 покрытой палладиевой чернью, которая хемосорбирует водород на поверхности своих частиц и ускоряет его поступление в объем композитной палладийсодержащей мембраны - абсорбцию. Далее абсорбированный водород диффундирует через фазу палладия и на электролитной поверхности покрытой палладиевой чернью переходит в адсорбированную атомную фазу. Затем адсорбированный водород вступает в электродную реакцию на границе палладиевая чернь/электролит с образованием протонсодержащих частиц в электролите 10 и отдачей электронов во внешнюю цепь на нагрузку через металлическую плиту 5, которая также является токоотводом. С правой стороны процессы симметрично электрохимически обращаются и их конечным результатом является образование в системе газораспределительных каналов 6 правого электрода который может накапливаться до определенных давлений (водородный компрессор) или использоваться потребителем в более чистом виде (водородный насос). Кислородно (воздушно)-водородный топливный элемент может быть сконструирован аналогично, путем замены правого водородного электрода на кислородный (воздушный) электрод.
Пример изготовления заявляемого электрода.
Подготавливали подложку для напыления из легкорастворимого химически чистого металла, например Zn. В установке магнетронного напыления устанавливали составную мишень для напыления сплавов [RU 143793 «Мишень для магнетронного напыления металлических сплавов»] из дисков химически чистых цинка и палладия и напыляли в вакууме 10-6 Bar на подложку сплав Zn(50%) - Pd (50%) толщиной 0,1-0,2 мкм, меняли мишень и напыляли сплав Ag (25%) - Pd (75%) толщиной 0,1-0,5 мкм, мишень заменяли на химически чистый тантал и напыляли основной слой тантала толщиной 2-50 мкм, меняли мишень и напыляли сплав Ag (25%) - Pd (75%) толщиной 0,1-0,5 мкм, последний раз меняли мишень и напыляли сплав Zn(50%) - Pd(50%) толщиной 0,1-0,2 мкм. Полученную пленку из пяти слоев на цинковой подложке травили в разбавленном 0,5М растворе гидроксида натрия до полного вытравливания цинка подложки, а затем в концентрированном растворе гидроксида натрия 5-6 М до образования на внешних поверхностях трехслойной пленки палладиевой черни. Затем покрытую и высушенную на воздухе композитную фольгу накладывали одной стороной на пористую металлическую основу, например никелевую, после чего сваривали их по поверхности точечной контактной сваркой во многих точках.
Изготовление мембраны в качестве композитной пленки содержащей более толстый слой основного дешевого металла, который в 4-500 раз толще наружных слоев палладия или его сплава позволяет за счет уменьшения общего содержания дорогостоящего палладия в металлической мембране в 4-500 раз значительно повысить экономичность способа при сохранении общей водородопроницаемости мембраны предлагаемого водородного электрода топливного кислородно-водородного элемента и(или) водородного насоса, что позволяет резко снизить стоимость водородного насоса и кислородно-водородных топливных элементов, то есть расширить сферу их применения, которая сейчас сдерживается в основном невысокой экономичностью технологии их производства.
Claims (1)
- Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента путем закрепления на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки тонкой палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни, отличающийся тем что мембрану изготавливают последовательно слоями, формирующими тонкую трехслойную композитную пленку, при этом внутренний слой формируют из металла, хорошо растворяющего водород, такого как уран, торий, церий, титан, ванадий или тантал толщиной 2-50 мкм, а наружные слои формируют из палладия или его сплавов толщиной 0,1-0,5 мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132913A RU2674748C1 (ru) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132913A RU2674748C1 (ru) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674748C1 true RU2674748C1 (ru) | 2018-12-13 |
Family
ID=64753391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017132913A RU2674748C1 (ru) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674748C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724609C1 (ru) * | 2019-10-24 | 2020-06-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов, модифицированного наноструктурированным палладием |
| RU2749404C1 (ru) * | 2020-08-06 | 2021-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждения науки ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ и МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ герметизации мембран из сплавов палладия с РЗМ в конструкции фильтрующих элементов для глубокой очистки водорода методом контактной сварки |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150325861A1 (en) * | 2012-07-06 | 2015-11-12 | Denmarks Tekniske Universitet | Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes |
| RU2577860C1 (ru) * | 2015-04-22 | 2016-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ защиты от окисления биполярных пластин и коллекторов тока электролизеров и топливных элементов с твердым полимерным электролитом |
| RU168869U1 (ru) * | 2016-03-28 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки |
| RU2624012C1 (ru) * | 2016-03-28 | 2017-06-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
-
2017
- 2017-09-20 RU RU2017132913A patent/RU2674748C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150325861A1 (en) * | 2012-07-06 | 2015-11-12 | Denmarks Tekniske Universitet | Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes |
| RU2577860C1 (ru) * | 2015-04-22 | 2016-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ защиты от окисления биполярных пластин и коллекторов тока электролизеров и топливных элементов с твердым полимерным электролитом |
| RU168869U1 (ru) * | 2016-03-28 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки |
| RU2624012C1 (ru) * | 2016-03-28 | 2017-06-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724609C1 (ru) * | 2019-10-24 | 2020-06-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов, модифицированного наноструктурированным палладием |
| RU2749404C1 (ru) * | 2020-08-06 | 2021-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждения науки ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ и МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ герметизации мембран из сплавов палладия с РЗМ в конструкции фильтрующих элементов для глубокой очистки водорода методом контактной сварки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Status and perspectives of key materials for PEM electrolyzer | |
| US10738387B2 (en) | Electrochemical cell containing a graphene coated electrode | |
| Jin et al. | An experimental and modeling/simulation-based evaluation of the efficiency and operational performance characteristics of an integrated, membrane-free, neutral pH solar-driven water-splitting system | |
| JP7273024B2 (ja) | 電解用電極及びその製造方法 | |
| CN110284102B (zh) | 一种金属碳化物晶体复合涂层及其制备方法 | |
| Meda et al. | Generation of green hydrogen using self-sustained regenerative fuel cells: Opportunities and challenges | |
| RU168869U1 (ru) | Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки | |
| Arjona et al. | AuPd/polyaniline as the anode in an ethylene glycol microfluidic fuel cell operated at room temperature | |
| WO2006126613A1 (ja) | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 | |
| RU2674748C1 (ru) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов | |
| CN210628419U (zh) | 一种燃料电池金属双极板涂层 | |
| Xia et al. | Multistep Sulfur Leaching for the Development of a Highly Efficient and Stable NiS x/Ni (OH) 2/NiOOH Electrocatalyst for Anion Exchange Membrane Water Electrolysis | |
| US20160172687A1 (en) | Oxide-coated metal catalyst for composite electrode and method for preparing composite electrode using the same | |
| RU2624012C1 (ru) | Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов | |
| RU2724609C1 (ru) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов, модифицированного наноструктурированным палладием | |
| RU2694431C1 (ru) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов | |
| Watanabe et al. | Development and Analysis of an Innovative Flat-Metal Separator Integrating the GDL with Gas-Flow Channels as PEFC Components | |
| Hattori et al. | All electrochemical fabrication of a bilayer membrane composed of nanotubular photocatalyst and palladium toward high-purity hydrogen production | |
| RU178293U1 (ru) | Водородный электрод из композитной модифицированной пленки | |
| CN113337844B (zh) | 电解水膜电极及其制备方法、制氢装置 | |
| CN106898805B (zh) | 一种浓差电池 | |
| RU187061U1 (ru) | Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки | |
| Kumar et al. | Ammonia as a potential energy vector in the Burgeoning Hydrogen economy | |
| RU198021U1 (ru) | Водородный электрод из палладиевой пленки модифицированной наноструктурированным палладием | |
| RU216310U1 (ru) | Водородный электрод из тонкой палладиевой пленки модифицированной наночастицами ядро-оболочка |