RU2694431C1 - 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
- RU2694431C1 RU2694431C1 RU2018131980A RU2018131980A RU2694431C1 RU 2694431 C1 RU2694431 C1 RU 2694431C1 RU 2018131980 A RU2018131980 A RU 2018131980A RU 2018131980 A RU2018131980 A RU 2018131980A RU 2694431 C1 RU2694431 C1 RU 2694431C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- palladium
- membrane
- electrode
- layer
- Prior art date
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 95
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 34
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 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
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- DKIDEFUBRARXTE-UHFFFAOYSA-N 3-mercaptopropanoic acid Chemical compound OC(=O)CCS DKIDEFUBRARXTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle 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
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 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
- 238000005516 engineering process 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
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration 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
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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
-
- 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)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к устройству конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к устройству водородных электродов. Способ включает закрепление палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни, на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки, с двух сторон покрытой слоем наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятиконечных звезд. Изобретение позволяет изготавливать водородный электрод с уменьшенным содержанием драгоценного палладия и с более стабильными во времени электрическими характеристиками, в частности удельной мощностью. 5 ил.
Description
Заявляемое техническое решение относится к области электрохимии, а именно к устройству конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к устройству водородных электродов.
Актуальной задачей развития альтернативной энергетики является разработка кислородо-водородного топливного элемента с цельнометаллическим палладий содержащим водородопроницаемым водородным электродом, работающих при низких (20-100°С) 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°С, так как в первую очередьпредназначены 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 патентов: US Patents №№7955491; 9044715; 8778058; 8119205; 7611565; 7255721; 7022165; 9246176; RU патентом на полезную модель №74242; патентами на изобретения №№2256981; 2334310;
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является патент RU №2624012 «Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов».
Этот способ включает закрепление тонкой палладиевой мембраны на пористую металлическую никелевую основу. При этом, мембрану из палладия изготавливают толщиной 1-30 мкм, затем покрывают с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни и закрепляют на основе методом контактной точечной сварки.
Основными недостатками изготовленного таким способом электрода являются: постепенная рекристаллизация палладиевой черни, приводящая к уменьшению ее электрокаталитической активности во времени, то есть к падению удельной мощности модифицированного ею водородного электрода и устройств использующих его в целом, а также высокий расход палладия из-за сравнительно высокой толщины слоя палладиевой черни, объективно связанной с методикой электролитического нанесения и минимальным временем образования [Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Подловченко Б.И. и др. Практикум по электрохимии //Под ред. Дамаскина Б.Б. - М.: Высш. шк., 1991. - с. 21], а также.
Технической задачей является создание способа изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов и водородных насосов с улучшенными и более стабильными во времени электрическими характеристиками, а именно удельной мощностью, и при этом с сокращением удельного расхода дорогостоящего палладия.
Для решения этой задачи в способе изготовления модифицированного водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента, включающем закрепление палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни, на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки, предлагается мембрану с двух сторон покрывать наноразмерными кристаллитами палладия в форме пятиконечных звезд, которые наносить путем химического закрепления из ранее полученного коллоидного раствора.
На фиг. 1 изображен заявляемый модифицированный водородный электрод для кислородно-водородных топливных элементов в разрезе. На фиг. 2. изображен водородный насос из двух водородных электродов фильтр-прессной сборки. На фиг. 3 приведена фотография палладийсодержащей мембраны покрытой слоем дисперсного покрытия в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятиконечных звезд. На фиг. 4 и фиг. 5 представлены графические зависимости иллюстрирующие падение удельной мощности электродов с покрытием из палладиевой черни и нанокристаллитов палладия в форме пятиконечных звезд во времени.
Покрытие слоем устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятиконечных звезд может быть осуществлено известными способами синтеза [В. Kharisov, О. Kharissova, U-O. 
// Handbook jf less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 829.], включая синтезнанозвезд палладия в объеме раствора в присутствии нитрата серебра и сурфактанта из ряда четвертичных аммониевых оснований, например цетилтриметиламмония бромида. Закрепление полученных нанозвезд из объема раствора на поверхности может быть осуществлено методом распыления полученного коллоидного раствора с добавлением «закрепителя» - вещества закрепляющего нанозвезды палладия на поверхности палладиевой мембраны, например 3-меркаптопропионовой кислоты [Vega М.М., Bonifacio, A., Lughi, V. et al. // Long-term stability of surfactant-free gold nanostars / J Nanopart Res №11 2014 p. 2729-2734].
Электрод, изготавливаемый заявленным способом фиг.1 включает палладийсодержащую мембрану 1 выполненную в виде фольги толщиной 1-30 мкм. На обе стороны мембраны 1 нанесен слой дисперсного покрытия (фиг. 2) в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятиконечных звезд. 2. Палладийсодержащая фольга 1, с одной стороны методом контактной точечной сварки - точки 3, закреплена на поверхности пористой металлической основы 4. Основа 4 металлически и 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 2) 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).
Пример реализации способа
Палладиевую заготовку прокатывали в механических валках в фольгу толщиной 20-30 мкм, затем отжигали при температуре 850°С в вакууме, отбеливали в отбеливающей смеси на основе 30% серной кислоты. Затем проводили синтез нанозвезд палладия в объеме раствора в присутствии нитрата серебра и в качестве сурфактанта цетилтриметиламмония бромида. Посредством пульверизатора распылялислой раствора «закрепителя» - 3-меркаптопропионовой кислоты на подготовленную мембрану с обеих сторон, а далее распыляли слой коллоидного раствора нанозвезд палладия. Выдерживали в замкнутом объеме в течение 15 минут, затем промывали листиллированной водой и сушили на воздухе. Затем покрытую и высушенную на воздухе фольгу накладывали одной стороной на пористую металлическую основу, например никелевую, после чего сваривали их по поверхности точечной контактной сваркой.
Изделие на основе вышеприведенного электрода водородного насоса (топливного элемента) изготавливается так. Два водородных электрода, представленных на фиг. 1, приводятся в контакт друг с другом со стороны, противоположной металлическим плитам 5, в процессе механической стяжки фильтрпрессной конструкции водородного насоса или топливного элемента при помощи четырех шпилек 8 и гаек 9. При этом слои мелкодисперсного (наноразмерного) металлического порошка 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 (фиг. 2) закрывается и система переходит в рабочий режим. Водород, поступающий через поры пористой никелевой пластины 4, расположенной слева, подается к газовой поверхности левой палладийсодержащей мембраны 1, покрытой мелкодисперсным металлом, который хемосорбирует водород на поверхности своих частиц и ускоряетего поступление в объем палладийсодержащей мембраны - абсорбцию. Далее абсорбированный водород диффундирует через фазу палладий содержащего сплава и на электролитной поверхности, покрытой мелкодисперсным металлом, переходит в адсорбированную атомную фазу. Затем адсорбированный водород вступает в электродную реакцию на границе пористый металл/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 избыточного водорода, который может накапливаться до определенных давлений (водородный компрессор) или использоваться потребителем в более чистом виде (водородный насос). Кислородо(воздушно)-водородный топливный элемент может быть сконструирован аналогично, путем замены правого водородного электрода на кислородный (воздушный) электрод.
Сравнение долговременных характеристик удельной мощности электродов модифицированных палладиевой чернью фиг. 3 с удельной мощностью электродов с покрытием из нанозвезд палладия в виде пятиконечных звезд (фиг. 4) измеренных в составе водородного электрохимического насоса (фиг 2) из двух исследуемых водородных электродов, как зависимость максимальной удельной мощности от времени показало, что начальная максимальная удельная мощность для водородного электрода с модификатором в виде палладиевой черни на 43,9% ниже чем для водородного электрода с дисперсным покрытием в виде палладиевых нанозвезд. Кроме того, крутизна графика для дисперсного покрытия из нанозвезд палладия 2,9% падения максимальной удельной мощности за 95 часов работы меньше чем для палладиевой черни - 7,6% падения максимальной удельной мощности, что говорит о достижении заявленных целей технической задачи. Линейный размер кристаллитов палладиевойчерни оценивается в пределах 30-90 нм. Толщина слоя палладиевой черни порядка 1 мкм, а толщина слоя кристаллитов палладия в форме пятиконечных звезд составляет 30-100 нм. Таким образом, у предлагаемого водородного электрода толщина нанодисперсного покрытия снижается примерно в 10-30 раз, а соответственно уменьшается содержание палладия в слое дисперсного покрытия.
Предлагаемый способ обеспечивает более стабильную во времени, повышенную удельную мощность и уменьшение содержания дорогостоящего палладия, что позволит создавать кислородно-водородные топливные элементы и водородные насосы с повышенными и более стабильными во времени эксплуатационными характеристиками.
Claims (1)
- Способ изготовления модифицированного водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента, включающий закрепление палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, покрытой с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни, на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки, отличающийся тем, что мембрану с двух сторон покрывают наноразмерными кристаллитами палладия в форме пятиконечных звезд, которые наносят путем химического закрепления из ранее полученного коллоидного раствора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131980A RU2694431C1 (ru) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131980A RU2694431C1 (ru) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2694431C1 true RU2694431C1 (ru) | 2019-07-15 |
Family
ID=67309297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018131980A RU2694431C1 (ru) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694431C1 (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 |
| RU2788570C1 (ru) * | 2022-09-16 | 2023-01-23 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ создания наноструктур золота с твердотельными лучами |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7611565B1 (en) * | 2005-10-20 | 2009-11-03 | Los Alamos National Security, Llc | Device for hydrogen separation and method |
| US20150325861A1 (en) * | 2012-07-06 | 2015-11-12 | Denmarks Tekniske Universitet | Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes |
| 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 |
-
2018
- 2018-09-05 RU RU2018131980A patent/RU2694431C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7611565B1 (en) * | 2005-10-20 | 2009-11-03 | Los Alamos National Security, Llc | Device for hydrogen separation and method |
| US20150325861A1 (en) * | 2012-07-06 | 2015-11-12 | Denmarks Tekniske Universitet | Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes |
| 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 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шайдарова Л.Г. Химически модифицированные электроды на основе благородных металлов, полимерных пленок или их композитов в органической вольтамперометрии, Казанский государственный университет, т.63, 10, 2008, с.1014-1036. * |
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 |
| RU2788570C1 (ru) * | 2022-09-16 | 2023-01-23 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ создания наноструктур золота с твердотельными лучами |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kang et al. | Thin film surface modifications of thin/tunable liquid/gas diffusion layers for high-efficiency proton exchange membrane electrolyzer cells | |
| Habibi et al. | Carbon–ceramic supported bimetallic Pt–Ni nanoparticles as an electrocatalyst for oxidation of formic acid | |
| US20060188767A1 (en) | Fuel cells and fuel cell catalysts | |
| AU2003221669B2 (en) | Fuel cells and fuel cells catalysts | |
| WO2007114525A1 (ja) | 燃料電池用電極触媒の製造方法 | |
| US9853255B2 (en) | Core-shell fuel cell electrodes | |
| CN108075144B (zh) | 一种燃料电池用核壳结构催化剂及制备和应用 | |
| Xu et al. | Facile fabrication and electrocatalytic activity of Pt0. 9Pd0. 1 alloy film catalysts | |
| RU168869U1 (ru) | Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки | |
| US12060268B2 (en) | Palladium-platinum system for use as hydrogen storage material and/or electrocatalyst, preferably in fuel-cells | |
| CN109802148A (zh) | 一种车载燃料电池用负载型铂稀土金属阴极催化剂的制备方法 | |
| Rezaei et al. | Electrocatalytic activity of bimetallic PdAu nanostructure supported on nanoporous stainless steel surface using galvanic replacement reaction toward the glycerol oxidation in alkaline media | |
| Alia et al. | Platinum nickel nanowires as methanol oxidation electrocatalysts | |
| JP2015516883A (ja) | 選択的触媒、特に酸素の電解還元のためのもの、それを含む電気化学システム、パラジウム−不活性ガス合金およびその使用、およびそれを含む電池、特に光電池 | |
| RU2694431C1 (ru) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов | |
| Zabielaitė et al. | High performance direct N2H4-H2O2 fuel cell using fiber-shaped Co decorated with Pt crystallites as anode electrocatalysts | |
| Chattopadhyay et al. | Metal hollow sphere electrocatalysts | |
| Yang et al. | Bimetallic Face-Centered Cubic Pd–Ag Nano-dendritic Alloys Catalysts Boost Ethanol Electrooxidation | |
| RU2724609C1 (ru) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов, модифицированного наноструктурированным палладием | |
| Kim et al. | Atomic Pt clusters on Au dendrite for formic acid oxidation | |
| RU2674748C1 (ru) | Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов | |
| RU2624012C1 (ru) | Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов | |
| Park et al. | Flash light-assisted facile and eco-friendly synthesis of platinum-based alloy nanoparticle/carbon nano-tube catalysts for a direct methanol fuel cell | |
| Watanabe et al. | Development and Analysis of an Innovative Flat-Metal Separator Integrating the GDL with Gas-Flow Channels as PEFC Components | |
| RU187061U1 (ru) | Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки |