RU2678438C1 - Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов - Google Patents
Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678438C1 RU2678438C1 RU2018124923A RU2018124923A RU2678438C1 RU 2678438 C1 RU2678438 C1 RU 2678438C1 RU 2018124923 A RU2018124923 A RU 2018124923A RU 2018124923 A RU2018124923 A RU 2018124923A RU 2678438 C1 RU2678438 C1 RU 2678438C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platinum
- electrochemical
- electrode materials
- electrodes
- supercapacitors
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 11
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 13
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYYBIXNHSFGCSQ-UHFFFAOYSA-M O[Pt]=O Chemical class O[Pt]=O MYYBIXNHSFGCSQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, включающий электрохимическое диспергирование в растворе гидроксида одного из щелочных металлов, электрохимическое окисление с одновременным осаждением образующихся наночастиц платины или оксида никеля на углеродный носитель под воздействием переменного тока, промывку и сушку готового материала. Способ характеризуется тем, что процесс электрохимического синтеза осуществляется в течение 2,5 часов с применением платиновых или никелевых электродов площадью до 20 см, размещенных на расстоянии до 3 см при воздействии переменного тока с импульсами различной формы и средней плотностью 1÷2 А/см. Предложенный способ позволяет получить в условиях увеличения масштаба производства высокую скорость электрохимического получения Pt/C и NiO/C электродных материалов с размерами частиц платины 5÷18 нм и размерами частиц оксида никеля 100÷400 нм. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области химических источников тока, а именно к технологии получения электродных материалов на основе наноразмерных частиц платины или оксида никеля для низкотемпературных топливных элементов (НТЭ) и суперконденсаторов (СК).
Существующие способы получения электродных материалов - Pt/C и NiO/C для НТЭ и СК соответственно основаны на химическом восстановлении соединений платины или никеля на поверхности углеродного носителя либо на магнетронном распылении соответствующих металлов (платины или никеля).
Известен способ приготовления Pt/C материала (патент RU №2646761), который предусматривает осаждение коллоидного раствора гидратированного оксида Pt(IV), получаемого кислотным гидролизом, его сорбцию углеродным носителем, экспозицию реакционной смеси при температурах 70÷100°С в течение 1÷2 часов для образования поверхностных оксидов-гидроксидов платины, закрепление наночастиц платины на углеродном носителе с помощью окончательной восстановительной обработки в токе водорода при температуре 120÷250°С или водным раствором восстановителя - муравьиным альдегидом, гидразином, муравьиной кислотой, низкомолекулярными алифатическими спиртами (этанол, пропанол) при температуре 50-100°С или парами низших алифатических спиртов этанола, пропанола в процессе сушки электрокатализатора при температуре 60÷120°С.
Недостатком данного способа является многостадийность процесса и необходимость применения органических соединений, остатки которых могут загрязнять Pt/C материал и снижать его электрокаталитическую активность.
Известен способ получения нанокомпозитного материала аморфный углерод-платина платиносодержащих материалов (патент RU №2421849), основанный на одновременном магнетронном сораспылении углерода, например, графита, и платины на подложке. Предварительно создают в распылительной камере вакуум 10-5÷10-6 мм рт.ст. Предпочтительно магнетронное напыление на подложку нанокомпозитного слоя ведут на неподогреваемую подложку в потоке аргона при давлении 5⋅10-2÷5⋅10-3 мм рт.ст. и плотности тока 5⋅10-1÷5⋅10-2 А/см2. Скорость роста нанокомпозитного слоя на подложке предпочтительно выдерживать в диапазоне 2÷25 нм в минуту. В качестве материала подложки можно использовать химически инертный материал с гладкой поверхностью, например, стекло, или гибкую инертную полимерную пленку, например фторопласт. Полученный таким образом композитный слой на подложке снимают с нее путем механического соскабливания или обработки ультразвуком, например, в ультразвуковой ванне.
Недостатками данного способа является отсутствие возможности непосредственного получения дисперсного продукта, требуется включение дополнительных операций, что увеличивает период времени на проведение технологического процесса. Кроме того способ предполагает необходимость использования глубокого вакуума, применение сложного технического оборудования, что повышает энергозатраты.
Известен способ получения (патент США №US 2010/0055568 А1, опубл. 04.03.2010) композиционного материала (нанокомпозита), используемого в литиевых аккумуляторах и суперконденсаторах, представляющего собой оксид переходного металла на углеродном носителе. Способ получения нанокомпозита, состоящего из оксида переходного металла (например, Ni) и одномерных многостенных углеродных нанотрубок, используемых в качестве углеродного носителя, включает предварительное растворение сурфактанта в дистиллированной воде и перемешивание его с помощью ультразвуковой мешалки в течение 1 часа. В полученный раствор последовательно добавляют углеродные нанотрубки, перемешивая полученную суспензию в течение 3 часов, затем добавляют хлорид металла в качестве прекурсора, например, NiCl2 и мочевину, и размешивают еще 20 минут. При постоянном перемешивании повышают температуру до 100°С и поддерживают ее в течение 7 часов. Полученную суспензию высушивают в вакууме при температуре 100°С, после чего проводят термическую обработку при температуре 300°С.
Недостатком данного способа является длительность технологического процесса и большие энергозатраты, связанные с необходимостью использования вакуума и многократной продолжительной термообработки в интервале температур 100÷300°С.
Наиболее близкими по технической сути к предлагаемому являются электрохимические способы, описанные в нижеприведенных патентах.
Способ получения Pt/C катализатора для топливных элементов (патент RU №2424850) осуществлялся с использованием двух одинаковых электродов, выполненных из платиновой фольги, площадью 2 см2 каждый. В раствор гидроксида щелочного металла (концентрацией от 2 до 6 моль на литр) вводится углеродный носитель при перемешивании, затем в раствор погружают параллельно друг другу электроды на расстоянии 1 см. На электроды подается переменный ток синусоидальной формы частотой 50 Гц при средней величине тока, отнесенной к единице площади поверхности электродов, 0,3-1,5 А/см2.
Недостатком рассматриваемого способа является низкий выход целевого продукта ввиду малой площади поверхности платиновых или никелевых электродов, что делает его малоэффективным в случае промышленного применения.
Способ получения электродного материала NiO/C для суперконденсаторов (патент RU №2449426) осуществляется с использованием двух одинаковых электродов, выполненных из никелевой фольги. В качестве носителя используется углеродный носитель (Vulkan ХС-72). В 2 моль/л раствор гидроксида щелочного металла вводится при перемешивании углеродный носитель, затем в раствор погружают параллельно друг другу электроды, при этом расстояние между ними составляет около 2 см. В течение часа на электроды подается переменный ток синусоидальной формы частотой 50 Гц при средней величине тока, отнесенной к единице площади поверхности электродов, равной 0,4 А/см2. Температура раствора находится в пределах 40÷50°С. Полученную суспензию композиционного материала фильтруют, промывают осадок дистиллированной водой, сушат при температуре 80°С в течение 1 часа.
Недостатком данного способа является низкая производительность, вызванная малой плотностью тока, подаваемого на никелевые электроды, что не позволяет повысить скорость накопления NiO/C на материале в процессе электрохимического синтеза, и непригодность в масштабах производства при работе с большими объемами.
Одной из сложнейших проблем в химической промышленности является масштабирование процесса. Невозможно применение лабораторных процессов в промышленных масштабах посредством точного копирования способов и лабораторных установок. Более высокие скорости, изменение закономерностей протекания процессов с увеличением масштаба установки, - все это обусловливает невозможность непосредственного перехода от лабораторных исследований к производству.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание способа получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, обеспечивающего масштабирование процесса электрохимического получения Pt/C и NiO/C электродных материалов, интенсификацию и возможность варьирования размером частиц Pt или NiO в широком диапазоне интервалов за счет применения переменного тока с импульсами различными по форме и плотности тока.
Указанный технический результат достигается предложенным способом получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, включающим электрохимическое диспергирование в растворе гидроксида одного из щелочных металлов, электрохимическое окисление с одновременным осаждением образующихся наночастиц платины или оксида никеля на углеродный носитель под действием переменного тока, промывку и сушку готового материала. При этом процесс электрохимического синтеза осуществляется в течение 2,5 часов с применением платиновых или никелевых электродов площадью до 20 см2, размещенных на расстоянии до 3 см при воздействии переменного тока с импульсами различной формы и средней плотностью 1÷2 А/см2.
Процесс получения Pt/C и NiO/C электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, представляющих собой наноразмерные частицы платины и никеля на углеродном носителе, в соответствии с предложенным способом состоит в электрохимическом диспергировании и электрохимическом окислении платиновых или никелевых электродов в электролите, представляющем собой суспензию углеродного носителя в водном растворе гидроксида одного из щелочных металлов, например, NaOH концентрацией 2 моль на литр под действием переменного тока импульсной формы средней плотности от 1 до 2 А/см2. При этом процесс осуществляется с применением платиновых или никелевых электродов площадью до 20 см каждый, электрохимическое окисление/диспергирование которых осуществляется под действием импульсного переменного тока с импульсами различной формы (Фиг. 1). Использование переменного импульсного тока с импульсами различной формы позволяет сочетать условия, весьма далекие от равновесных (импульс), и периоды отсутствия тока в системе, когда система стремится к равновесию. Такое чередование эффективно воздействует на структуру и состав продуктов диспергирования металлических электродов, что в итоге позволяет интенсифицировать процесс получения электродных материалов и регулировать в широком диапазоне размер частиц платины или оксида никеля в электродных материалах, а также скорости получения Pt/C и NiO/C электродных материалов.
Отличительным признаком заявляемого способа является возможность масштабирования и интенсификации процесса электрохимического получения Pt/C и NiO/C материалов для НТЭ и СК за счет увеличения площади платиновых и никелевых электродов, увеличения объема электролизера и объема электролита, а также применения переменного импульсного тока с импульсами различной формы.
Изобретение обладает новизной, так как в мировой литературе не выявлено применение переменного импульсного тока с импульсами различной формы для получения Pt/C и NiO/C электродных материалов для НТЭ и СК.
Технический результат данного изобретения заключается в создании способа получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, обеспечивающего в условиях увеличения масштаба производства высокую скорость электрохимического получения Pt/C и NiO/C электродных материалов с размерами частиц платины 5÷18 нм, и размерами частиц оксида никеля 100÷400 нм за счет применения переменного электрического тока с импульсами различной формы для диспергирования платиновых или никелевых электродов, увеличения плотности тока и площади платиновых или никелевых электродов.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и иллюстрациями:
Фиг. 1. - Формы импульсов переменного тока;
Фиг. 2 - Общая технологическая схема процесса получения Pt/C и NiO/C электродных материалов.
Ниже приведено общее описание технологии процесса производства (Фиг. 1) и примеры реализации в соответствии с предлагаемым способом получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов.
Первым этапом получения электродных материалов является приготовление в электролизере суспензии углеродного носителя в растворе гидроксида одного из щелочных металлов (гидроксида натрия) при постоянном перемешивании. После чего в электролизер загружаются платиновые или никелевые электроды, которые подключаются к источнику переменного тока.
Под действием импульсного переменного тока происходит разрушение (окисление) платиновых или никелевых электродов. Образующиеся наночастицы платины или оксида никеля закрепляются на поверхности углеродного носителя. Электрохимический синтез электродных материалов проводится при постоянном перемешивании и охлаждении электролита. Охлаждающим элементом служит змеевик, выполненный из стекла. Электрохимический синтез производится при температуре 20÷25°С, по окончании синтеза источник питания отключают. После электрохимического синтеза Pt/C или NiO/C электродные материалы отстаивают в электролизере, затем отфильтровывают. Фильтрацию осуществляют на бумажном фильтре с помощью водоструйного насоса. Фильтрат (раствор NaOH) подвергается корректировке и подается обратно в электролизер. Электродный материал, оставшийся на фильтре, промывают дистиллированной водой до получения нейтрального значения рН, после чего он подвергается сушке.
После адсорбции ионов металлов в адсорбционной колонне промывные воды направляют в колонну с ионообменной смолой. Сущность метода заключается в том, что синтетические нерастворимые смолы представляют собой твердые электролиты, диссоциирующие в воде с образованием растворимых анионов, обладающих резко выраженной коагулирующей и адсорбционной способностью по отношению к катионам и коллоидным частицам благородных металлов.
Промывные воды пропускают через колонку со скоростью фильтрования 40 мл раствора в минуту на 1 см2 площади сечения колонки. Адсорбция ионов металлов происходит с частичным восстановлением их до металла. С течением времени смола в колонке слеживается. Для устранения этого явления поток раствора периодически пропускают в обратном направлении. Колонна работает при атмосферном давлении. Степень улавливания ионов металлов близка к 100%. Платину из анионитной смолы извлекают химическим путем из золы после сжигания смолы.
После сушки электродный материал отделяют от фильтра и направляют в сборник. Поскольку в порах бумажного фильтра и на поверхности активированного угля из адсорбционной колонны остается некоторое количество электродного материала, извлечь которое не предоставляется возможным, поэтому утилизация платины или никеля заключается в том, что фильтр и активированный уголь сжигают. Оставшиеся после утилизации металлы вместе с остатками электродов отправляют на переплавку.
Пример 1.
Pt/C электродный материал для топливных элементов был получен следующим образом. В электролизер объемом 500 мл наливают раствор гидроксида натрия концентрацией 2 моль в литре, при перемешивании вводят углеродный носитель Vulcan ХС-72, в количестве необходимом для получения суспензии Vulcan ХС-72 в растворе гидроксида натрия концентрацией 3 г/л. Перемешивание суспензии проводилось в течение 40 минут. Затем в раствор были погружены электроды каждый площадью 20 см2 на расстоянии 3 см друг от друга. На электроды подавался в течение 2,5 часов переменный импульсный ток с формой импульсов N1 (Фиг. 1), плотность которого составляла 1,0 А при температуре раствора 30÷35°С. Полученную суспензию Pt/C материала фильтровали, промывали дистиллированной водой, сушили при температуре 80°С в течение 2 часов. Содержание наночастиц платины составил. 10÷12% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 10÷15 нм.
Пример 2.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 1 и отличается тем, что на электроды подается переменный импульсный ток с формой импульсов N2 (Фиг. 1), плотность которого составляла 1,0 А. Содержание наночастиц платины составил 15÷20% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 5÷18 нм.
Пример 3.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 1 и отличается тем, что на электроды подается переменный импульсный ток с формой импульсов N3 (Фиг. 1) плотность которого составляла 1,0 А. Содержание наночастиц платины составил 15÷20% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 5÷10 нм.
Пример 4.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 3 и отличается тем, что на электроды подается переменный импульсный ток, плотность которого составляла 2,0 А. Содержание наночастиц платины составил 40÷42% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 5÷12 нм.
Пример 5.
NiO/C электродный материал для суперконденсаторов был изготовлен следующим образом. В электролизер объемом 500 мл наливают раствор гидроксида натрия концентрацией 2 моль в литре, при перемешивании вводят углеродный носитель Vulcan ХС-72, в количестве необходимом для получения суспензии Vulcan ХС-72 в растворе гидроксида натрия концентрацией 3 г/л. Перемешивание суспензии проводилось в течение 40 минут. Затем в раствор были погружены электроды каждый площадью 20 см2 на расстоянии 3 см друг от друга. На электроды в течение 1 часа подавался переменный импульсный ток с формой импульсов N1 (Фиг. 1), плотность которого составляла 1,0, при температуре раствора 40÷45°С. Полученную суспензию NiO/C материала фильтровали, промывали дистиллированной водой, сушили при температуре 80°С в течение 2 часов. Содержание частиц оксида никеля составил 15÷20% от массы электродного материала. Размер частиц - 200÷400 нм.
Пример 6.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 5 и отличается тем, что на электроды подается переменный импульсный ток с формой импульсов N2 (Фиг. 1), плотность которого составляла 1,0 А. Содержание частиц оксида никеля составил 30÷35% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 100÷250 нм.
Пример 7.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 5 и отличается тем, что на электроды подается переменный импульсный ток с формой импульсов N3 (Фиг. 1), плотность которого составляла 1,0 А. Содержание частиц оксида никеля составил 40÷42% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 130÷200 нм.
Пример 8.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 5 и отличается тем, что на электроды подается переменный импульсный ток, плотность которого составляла 2,0 А. Содержание частиц оксида никеля составил 60÷62% от массы электродного материала. Размер наночастиц - 100÷250 нм.
Claims (1)
- Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, включающий электрохимическое диспергирование в растворе гидроксида одного из щелочных металлов, электрохимическое окисление с одновременным осаждением образующихся наночастиц платины или оксида никеля на углеродный носитель под воздействием переменного тока, промывку и сушку готового материала, отличающийся тем, что процесс электрохимического синтеза осуществляется в течение 2,5 часов с применением платиновых или никелевых электродов площадью до 20 см2, размещенных на расстоянии до 3 см при воздействии переменного тока с импульсами различной формы и средней плотностью 1÷2 А/см2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018124923A RU2678438C1 (ru) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018124923A RU2678438C1 (ru) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678438C1 true RU2678438C1 (ru) | 2019-01-29 |
Family
ID=65273444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018124923A RU2678438C1 (ru) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678438C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061183A2 (de) * | 2001-01-30 | 2002-08-08 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Elektrochemische hestellung von nanoskaligen metall(misch)oxiden |
| RU2424850C2 (ru) * | 2009-02-26 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ получения катализатора с наноразмерными частицами платины |
| RU2449426C1 (ru) * | 2010-10-04 | 2012-04-27 | Нина Владимировна Смирнова | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО NiО/C МАТЕРИАЛА |
-
2018
- 2018-07-06 RU RU2018124923A patent/RU2678438C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061183A2 (de) * | 2001-01-30 | 2002-08-08 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Elektrochemische hestellung von nanoskaligen metall(misch)oxiden |
| RU2424850C2 (ru) * | 2009-02-26 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ получения катализатора с наноразмерными частицами платины |
| RU2449426C1 (ru) * | 2010-10-04 | 2012-04-27 | Нина Владимировна Смирнова | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО NiО/C МАТЕРИАЛА |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH01139785A (ja) | 電極触媒及びその製造方法 | |
| CN112607729A (zh) | 一种利用交变电场剥离石墨烯的装置及其使用方法 | |
| CN110644013B (zh) | 一种氧化铟及其前驱体的制备方法 | |
| CN106745538B (zh) | 一种从次磷酸盐废水中回收单质磷的方法 | |
| JP4395506B2 (ja) | 電気分解を用いた銀ナノ粉末の製造方法 | |
| RU2678438C1 (ru) | Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов | |
| EP4343033A1 (en) | Method for preparing glycolate by electrocatalysis of ethylene glycol or electrocatalytic reforming of waste plastic pet | |
| CN204714911U (zh) | 纳米二氧化铈粉体制备的新型装置 | |
| RU2424850C2 (ru) | Способ получения катализатора с наноразмерными частицами платины | |
| CN111320166A (zh) | 一种一步电化学过程制备二维多孔氧化石墨烯的方法 | |
| JPH0710355B2 (ja) | 触媒製造法 | |
| RU2449426C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО NiО/C МАТЕРИАЛА | |
| CN113666367B (zh) | 一种制备石墨插层物的电解槽和石墨插层物制备方法 | |
| JP2003096585A (ja) | 硫酸コバルト溶液の製造方法 | |
| RU2486958C1 (ru) | Способ электрохимического получения катализатора pt-nio/c | |
| CN102011135A (zh) | 一种循环电解反应装置及其制备钒电池电解液的方法 | |
| CN115275217A (zh) | 一种半连续式的核壳结构催化剂制备装置 | |
| CN101818365A (zh) | 一种纳米锑粉的制备方法 | |
| CN105714350B (zh) | 一种电沉积制备Ni-Fe氢氧化物纳米薄膜的方法 | |
| CN106987861B (zh) | 一种电解催化制备2，5-二甲氧基二氢呋喃的方法 | |
| RU2501127C1 (ru) | СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА NiO/C | |
| CN108425132A (zh) | 一种臭氧电解池阳极催化剂膜板的制备方法 | |
| Liu et al. | Electrodeposition of reduced graphene oxide with chitosan based on the coordination deposition method | |
| CN110512225A (zh) | 一种氧化锌粉体的制备方法 | |
| RU2815042C1 (ru) | Способ получения наноразмерных порошков оксидов индия |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200707 |