RU74242U1 - Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства - Google Patents
Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства Download PDFInfo
- Publication number
- RU74242U1 RU74242U1 RU2007148106/22U RU2007148106U RU74242U1 RU 74242 U1 RU74242 U1 RU 74242U1 RU 2007148106/22 U RU2007148106/22 U RU 2007148106/22U RU 2007148106 U RU2007148106 U RU 2007148106U RU 74242 U1 RU74242 U1 RU 74242U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gde
- substrate
- layer
- thickness
- catalytic layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к газодиффузионным электродам (ГДЭ) пригодным для использования в электрохимических устройствах, таких как топливные элементы, электролизеры, сенсоры и т.п. ГДЭ для электрохимического устройства содержит пористую металлическую подложку и каталитический слой, при этом, в качестве подложки взят пористый титановый лист толщиной 0,8÷1,0 мм пористостью 25÷35%, покрытый слоем платины толщиной 0,8÷1,0 мкм. Каталитический слой может быть выполнен дискретным из наночастиц платиновой черни близких к сферической форме с диаметром 10÷200 нм в количестве 0,4÷0,5 мг/см. Площадь поверхности дискретного каталитического слоя в 100÷1000 раз превышает видимую поверхность ГДЭ.
Description
Полезная модель относится к газодиффузионным электродам (ГДЭ) пригодным для использования в электрохимических устройствах, таких как топливные элементы, электролизеры, сенсоры и т.п.
Известен ГДЭ, содержащий пористую металлическую подложку и каталитический слой из оксидов кобальта со структурой шпинели (АС СССР №537124, кл. С23В 11/00, 1976). Недостатком этого электрода являются низкие коррозионная стойкость и каталитическая активность.
Из известных ГДЭ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ГДЭ, содержащий пористую металлическую подложку и каталитический слой на основе платины или палладия, осажденный из раствора электролита (AC CCP №1203130А, кл. С25В 11/00, 1986).
Недостатком этого известного ГДЭ являются низкие коррозионная стойкость и каталитическая активность.
Техническим результатом полезной модели является создание коррозионно-стойкого ГДЭ с высокой каталитической активностью.
Указанный технический результат достигается тем, что ГДЭ для электрохимического устройства содержит пористую металлическую подложку и каталитический слой, при этом, в качестве подложки взят пористый титановый лист толщиной 0,8÷1,0 мм, пористостью 25÷35%, покрытый слоем платины толщиной 0,8÷1,0 мкм, нанесенной методом магнетронного распыления. Указанные толщина и пористость титанового листа являются оптимальными. При толщине менее 0,8 мм подложка имеет недостаточную механическую прочность, толщина более 1,0 мм нежелательна, т.к. при этом неоправданно увеличиваются габариты и масса
электрохимического устройства с указанным ГДЭ. При пористости менее 25% затрудняется подвод (для топливного элемента) реагентов в зону реакции или отвод реагентов из зоны реакции (для электролизера). При пористости более 35% увеличивается омическое сопротивление подложки, что сказывается на характеристиках электрохимического устройства. Слой платины толщиной 0,8÷1,0 мкм обеспечивает защиту подложки от коррозии. При толщине слоя менее 0,8 мкм не вся поверхность подложки защищена платиной, при толщине более 1,0 мкм слой платины перекрывает поры подложки, что приводит к снижению характеристик ГДЭ. Нанесение слоя платины методом магнетронного распыления обеспечивает прочное сцепление слоя с подложкой. При нанесении слоя из раствора электролита слой имеет недостаточное сцепление с подложкой.
Целесообразно, чтобы каталитический слой был выполнен дискретным из наночастиц платиновой черни близких к сферической форме с диаметром 10÷200 нм в количестве 0,4÷0,5 мг/см2. При размерах частиц менее 10 нм трудно обеспечить равномерное нанесение платиновой черни, при размере более 200 нм снижается эффективная площадь поверхности каталитического слоя, что приводит к снижению характеристик ГДЭ. При количестве платины менее 0,4 мг/см2 снижаются характеристики ГДЭ, при количестве более 0,5 мг/см2 характеристики практически не улучшаются, но, при этом, растет стоимость ГДЭ.
Целесообразно, чтобы площадь поверхности дискретного слоя в 100÷1000 раз превышала видимую поверхность ГДЭ. Такое соотношение поверхностей каталитического слоя и видимой поверхности ГДЭ обеспечивает высокие каталитические характеристики. При соотношении поверхностей менее 100 снижаются характеристики ГДЭ, соотношение более 1000 трудно обеспечить технологически. Наличие дискретного покрытия из платиновой черни повышает каталитическую активность за счет увеличения активной поверхности в зоне реакции.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".
Сущность полезной модели поясняется чертежами и примером практической реализации.
На Фиг.1 показан поперечный разрез электрода.
На Фиг.2 показан дискретный каталитический слой.
На Фиг.3 показана магнетронная установка для изготовления электрода.
Электрод (Фиг.1) включает пористую подложку 1, слой платины 2 и каталитический дискретный слой из платиновой черни 3. Увеличенные частицы дискретного каталитического слоя 3 показаны на Фиг.2. Магнетронная установка (Фиг.3) включает рабочую камеру 10, магнетронный узел 11, систему откачки 4, магнитный блок 5, блок питания 6, распыляемую мишень 7, плазму 8, анод 9 и подложку электрода 1.
Пример практической реализации.
Подложка электрода из пористого титана толщиной 0,9 мм обрабатывалась растворителем в ультразвуковой ванне для удаления органических веществ с поверхности. В целях удаления оксидного слоя, активации поверхности и исключения возможности образования поверхностного слоя, насыщенного газообразными компонентами, проводилось химическое травление подложек с периодической промывкой водой. Затем на подложку наносится сплошное платиновое покрытие толщиной 1 мкм в установке (Фиг.3). Покрытие такой толщины еще не закрывает поры подложки, и в то же время обеспечивает надежную защиту подложки от пассивации в процессе нанесения дискретного каталитического покрытия и при эксплуатации. Затем наносится дискретное каталитическое покрытие путем распыления мишени 7. Основное отличие указанного покрытия заключается в том, что покрытие должно состоять из отдельных
частиц платиновой черни близких к сферической форме, диаметром 10-200 нм. При этом поверхность покрытия должна превышать видимую поверхность основы не менее чем в 1000 раз. Покрытие, помимо обладания дискретно структурой, должно находиться в активной форме, а это - чистая поверхность с активными незаблокированными центрами. Поэтому предпочтительно нанесение покрытия в вакууме. Электроды изготавливались вакуумно-плазменным методом с использованием магнетронного узла. Процесс осуществляется в вакуумной камере. Принцип действия устройства магнетронного напыления основан на таких физических явлениях, как ионизация плазмообразующего газа, тлеющий разряд в вакууме и распыление материала мишени бомбардировкой ускоренными ионами. Подлежащий распылению материал в виде мишени 7 имеет потенциал катода. Анод располагается между подложкой и распыляемой мишенью на расстоянии нескольких сантиметров от последней. Анод имеет либо потенциал земли, либо 30-100 в относительно распыляемой мишени. За мишенью расположен магнитный блок. При подаче отрицательного потенциала на мишень в прилежащей к ней области образуется зона скрещенных магнитного и электрического полей, в которой концентрируется аргоновая плазма. При этом положительные ионы ускоряются в направлении катода-мишени, бомбардируя и распыляя ее поверхность. Частицы материала, покидающие мишень, осаждаются на подложке. Локализация электронов вблизи мишени предотвращает бомбардировку ими подложек, в результате чего снижается температура и уменьшаются радиационные дефекты покрытий. Адгезионная прочность покрытий, полученных этим методом, много больше, чем у пленок, получаемых, например, химическим осаждением или вакуумным испарением. Это объясняется высокой энергией конденсирующихся частиц. Режимы нанесения покрытия - ток разряда - 4÷6 А, напряжение разряда -400÷500 В; рабочее давление смеси газов Аr-O2-1÷5 Па, соотношение аргон: кислород=0,5÷1.
Claims (3)
1. Газодиффузионный электрод (ГДЭ) для электрохимического устройства, содержащий пористую металлическую подложку и каталитический слой, отличающийся тем, что в качестве подложки взят пористый титановый лист толщиной 0,8÷1,0 мм пористостью 25÷35%, покрытый методом магнетронного распыления слоем платины толщиной 0,8÷1,0 мкм.
2. ГДЭ по п.1, отличающийся тем, что каталитический слой выполнен дискретным из наночастиц платиновой черни, близких к сферической форме с диаметром 10÷200 нм в количестве 0,4÷0,5 мг/см2.
3. ГДЭ по п.2, отличающийся тем, что площадь поверхности дискретного каталитического слоя в 100÷1000 раз превышает видимую поверхность ГДЭ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148106/22U RU74242U1 (ru) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148106/22U RU74242U1 (ru) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU74242U1 true RU74242U1 (ru) | 2008-06-20 |
Family
ID=48233338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007148106/22U RU74242U1 (ru) | 2007-12-26 | 2007-12-26 | Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU74242U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
2007
- 2007-12-26 RU RU2007148106/22U patent/RU74242U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210340684A1 (en) | Diamond Coated Electrodes for Electrochemical Processing and Applications Thereof | |
| WO2019174373A1 (zh) | 改善燃料电池双极板碳化物涂层导电及耐蚀性的方法 | |
| Yi et al. | Microstructure and properties of aC films deposited under different argon flow rate on stainless steel bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells | |
| EP1975280B1 (en) | Use of an electrode for the generation of hydrogen | |
| EP3410520B1 (en) | Fuel cell and method for producing metal porous body | |
| Huang et al. | Electrochemical behavior of IrO2-Ta2O5/Ti anodes prepared with different surface pretreatments of Ti substrate | |
| EA012053B1 (ru) | Способ формирования электрокаталитической поверхности на электроде и электрод | |
| TWI432608B (zh) | Cathode, electrolytic cell for electrolysis of alkali metal chloride, and manufacturing method of cathode | |
| CN106129422B (zh) | 提高燃料电池金属双极板表面镀层致密和耐腐蚀的方法 | |
| CN113235062A (zh) | 一种max相多层复合涂层及其制备方法与应用 | |
| CN108060398A (zh) | 一种燃料电池复合纳米涂层及其镀制方法 | |
| CN104047043A (zh) | TiO2/SnO2半导体双层复合膜光阳极的制备方法 | |
| CN113249683A (zh) | 高导电耐蚀长寿命max相固溶复合涂层、其制法与应用 | |
| Alekseeva et al. | Stationary and pulsed magnetron sputtering technologies for protective/catalyst layer production for PEM systems | |
| CN114023986B (zh) | 一种用于燃料电池钛基材双极板的复合涂层及其制备方法 | |
| RU74242U1 (ru) | Газодиффузионный электрод для электрохимического устройства | |
| Kawachino et al. | Carbon-free all-in-one electrode using porous Ti sheet for PEFCs | |
| KR20190062887A (ko) | 고분자 전해질 막 물 전기분해장치의 확산층 및 산소 전극 복합층 및 그 제조 방법, 이를 이용한 고분자 전해질 막 물 전기 분해 장치 | |
| CN106784916A (zh) | 一种带有表面钛钼镍碳薄膜的燃料电池长寿命双极板及其制备方法 | |
| RU2577860C1 (ru) | Способ защиты от окисления биполярных пластин и коллекторов тока электролизеров и топливных элементов с твердым полимерным электролитом | |
| CN102306804A (zh) | 用于质子交换膜燃料电池双极板的高sp2杂化致密碳镀层及其制备方法 | |
| WO2015183128A1 (ru) | Способ изготовления катализатора на основе платины и катализатор на основе платины | |
| RU2595900C1 (ru) | Способ изготовления и модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе | |
| CN106887599A (zh) | 一种带有表面钛钯碳薄膜的燃料电池长寿命双极板及其制备方法 | |
| CN109735869B (zh) | 一种耐蚀导电合金膜层及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20081227 |