RU93804U1 - Электрохимическая ячейка для получения водорода - Google Patents
Электрохимическая ячейка для получения водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU93804U1 RU93804U1 RU2009146448/22U RU2009146448U RU93804U1 RU 93804 U1 RU93804 U1 RU 93804U1 RU 2009146448/22 U RU2009146448/22 U RU 2009146448/22U RU 2009146448 U RU2009146448 U RU 2009146448U RU 93804 U1 RU93804 U1 RU 93804U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrochemical cell
- electrodes
- porous
- polymer electrolyte
- cell
- 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
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
Электрохимическая ячейка для получения водорода, содержащая корпус, пористые токопроводящие электроды и твердый полимерный электролит, отличающаяся тем, что на поверхность пористых электродов нанесена смесь оксидов на основе празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5.
Description
Электрохимическая ячейка относится к области электрохимии, в частности, к технологии и техническим средствам электрохимии и может быть использована в электрохимических производствах и электролизерах для получения водорода, аналитической химии, водородной сварке, а также в топливных элементах для получения энергии.
Известна электрохимическая ячейка, содержащая корпус, пористые металлические электроды, и жидкий электролит на основе водного раствора щелочи. Основным недостатком таких ячеек является большой вес и габариты, высокие энергозатраты за счет экранирования поверхности электродов выделяющимися газовыми пузырьками, примесь в получаемых газах паров щелочи, что является небезопасным для человека (Л.М. Якименко, И.Д. Модылевская, 3.А. Ткачек Электролиз воды, 1970, М., Химия).
Известна электрохимическая ячейка, содержащая корпус, пористые электроды, твердый электролит на основе двуокиси циркония. Недостатком такой ячейки является высокая (1000°С) температура процесса, вследствие этого предъявляются специальные требования к технологичности конструкционных материалов, недолговечность платиновых электродов из-за процесса испарения (Зорина Н.Г., Федоров В.Н. Электролизер для получения кислорода, авт. свид. №289609 от 08.01.1988 г.).
Известна электрохимическая ячейка (далее ячейка), содержащая корпус, пористые металлические электроды - катод из пористого никеля и анод из диоксида свинца на графитовой основе и твердый полимерный электролит.
Недостатками такой ячейки являются невысокая каталитическая активность никелевых катодов, высокое контактное сопротивление границы «электрод-электролит», которое приводит к увеличению энергопотерь, снижению надежности и увеличению срока службы (Ю.В. Морозов Электролизеры с твердым полимерным электролитом для электролиза воды. Журнал депонированных рукописей 2002, №9, с. 54-56).
Известна электрохимическая ячейка, содержащая корпус, пористые металлические электроды и твердый полимерный электролит. Электроды представляют собой токопроводящую основу с нанесенным подслоем смеси оксидов рутения, титана и олова, и слоем диоксида марганца, получаемого путем анодного осаждения из электролита, в состав которого входят хлорид марганца и соляная кислота.
Недостатками такой ячейки являются дороговизна материалов, постепенное растворение компонента сплава рутения с последующей потерей стабильности и надежности работы, сложность приготовления поверхностного слоя электрода, нестабильность каталитической активности двуокиси марганца, что приводит к увеличению эенерготат на процесс (Патент 2069239 от 20.11.1996 г НИФТИ при Дальневосточном Государственном Университете).
Известна электрохимическая ячейка, содержащая корпус, пористые металлические электроды и твердый полимерный электролит. Электроды представляют собой пористую токопроводящую основу с нанесенным слоем палладия (Электрохимия, 2006, т.42, №11, с.231-235).
Недостатками ячейки является высокая стоимость палладия и ограниченность ресурса работы из-за снижения каталитических свойств палладия в процессе работы ячейки.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является электрохимическая ячейка, содержащая корпус, пористые электроды с нанесенным поверхностным слоем платины (Journal of Power Sources, V. 177, ussue 2, March 2008).
Недостатками прототипа являются дороговизна материала, нестабильность значений перенапряжения вследствие постепенного анодного растворения и механического разрушения платинового слоя. Кроме того, платина имеет высокую стоимость и ее залежи невосполнимы. Поэтому платина имеет малую перспективу широкого использования.
Технический результат предлагаемого устройства выражается:
- в снижении на 30% энерготрат за счет нового каталитического материала;
- в уменьшении на два порядка стоимости материалов катализаторов, благодаря применению оксидных материалов.
В основу технического решения положено создание усовершенствованной электрохимической ячейки с твердым полимерным электролитом для получения водорода, производства энергии, для различных исследовательских целей, в том числе, в газовой хроматографии, а также в автомобильной промышленности.
Поставленная задача достигается тем, что электрохимическая ячейка содержит корпус, твердый полимерный электролит, пористые электроды, а согласно полезной модели на поверхность пористых электродов нанесена смесь оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5.
Таким образом, в электрохимической ячейке предложена новая совокупность существенных признаков. Все предложенные признаки существенны, поскольку влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.
Так например, в предпочтительном варианте рабочая поверхность электродов активирована смесью оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5, что неизвестно. Кроме того, активация пористых электродов смесью оксидов приводит к снижению напряжения, а следовательно, энергопотерь, в среднем, на 30% за счет высокой каталитической активности смеси оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5. Помимо этого, стоимость оксидных каталитических материалов для активации электродов по сравнению с металлами платиновой группы ниже в 100-200 раз. Ячейка безопасна для человека в использовании, поскольку рабочей средой является вода.
На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что известные устройства недостаточно эффективны вследствие увеличенных энергопотерь. Кроме того, они экономически нецелесообразны при больших производствах из-за дороговизны каталитических материалов.
На фиг.1 представлен общий вид электрохимической ячейки с твердым полимерным электролитом.
Устройство готовят: пористый электрод готовят по известной технологии создания пористых изделий (Н.Ф. Федоров Российский химический журнал №39, 1995 г.с. 73). Активация поверхности пористого электрода смесью оксидов проводится известным методом соосаждения азотнокислых солей, взятых в стехиометрическом соотношении (Танганов Б.Б. Химические методы анализа 2005, Улан-Удэ, изд. ВСГТУ). Активация пористых электродов платиной проводилась осаждением на пористую поверхность хлоплатината с последующим отжигом (Л.М. Якименко Электродные материалы в прикладной электрохимии, М. Химия, 1977). Твердый полимерный электролит готовится по известной технологии приготовления полимерных ионитов (Паншин Ю.А., Дрейман Н.А., Андреева А.И., Манечкина О.Н. Свойства перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК, Пластические массы, 1977, №8, с.46-48).
Устройство содержит: корпус, пористые электроды (катод и анод) с поверхностным каталитическим слоем - смесью оксидов состава Pr0,1 Sr 0,9 СoO3 в соотношении 0,05:0,45:0,5, твердый полимерный электролит марки МФ-4СК.
Устройство работает следующим образом: дистиллированная вода подается в анодное пространство ячейки, проникает через поры анода к границе раздела «электрод-твердый полимерный электролит». На границе происходит электроокисление воды с выделением кислорода 2Н2О+4е----O2+4Н+. Кислород удаляют из реакционной зоны через поры электрода.
Гидратированные протоны движутся через мембрану к катоду, где происходит их восстановление с выделением газообразного водорода 2Н++2е----Н2.
Величину энергопотерь определяют по величине напряжения в процессе электрохимического разложения воды.
Схема предлагаемой электрохимической ячейки представлена на фиг.1 Электрохимическая ячейка представляет собой пакет из активированных смесью оксидов Pr0,1 Sr0,9 СоО3 в соотношении 0,05:0,45:0,5 пористых электродов и твердого полимерного электролита марки МФ-4СК. Предлагаемая ячейка располагается в корпусе из органического стекла с возможностью изменения степени поджатия пакета. Питание ячейки осуществляется постоянным током с помощью потенциостата, работающего в режиме стабилизатора напряжения. Аналогичные измерения дополнительно проведены с ячейкой, включающей пористые электроды, активированные платиной и полимерный электролит марки МФ-4СК.
На фиг.2 представлены результаты измерения вольтамперных характеристик, из которых видно, что в ячейках с каталитическим покрытием электродов состава Pr0,1Sr0,9CoO3 величина клеммного напряжения, снижается в среднем, на 30%, что приводит к уменьшению величины энергопотерь.
Таким образом, использование нового технического решения в процессе испытаний позволило добиться высокой электрохимической активности ячейки для снижения непроизводительных энерготрат, в среднем, на 30% при недорогих каталитических материалах.
Полезная модель может быть использована:
- в газовой хроматографии;
- аналитическом приборостроении;
- аналитической химии;
- автомобильной промышленности;
- водородной сварке.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146448/22U RU93804U1 (ru) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Электрохимическая ячейка для получения водорода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146448/22U RU93804U1 (ru) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Электрохимическая ячейка для получения водорода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93804U1 true RU93804U1 (ru) | 2010-05-10 |
Family
ID=42674265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009146448/22U RU93804U1 (ru) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Электрохимическая ячейка для получения водорода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU93804U1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013191578A1 (ru) * | 2012-06-18 | 2013-12-27 | Buzmakov Igor Vitalyevich | Экономичный электрохимический элемент |
RU2602079C2 (ru) * | 2010-12-10 | 2016-11-10 | Юниверсити Оф Вуллонгонг | Многослойные устройства для разложения воды |
US10577700B2 (en) | 2012-06-12 | 2020-03-03 | Aquahydrex Pty Ltd | Breathable electrode structure and method for use in water splitting |
US10637068B2 (en) | 2013-07-31 | 2020-04-28 | Aquahydrex, Inc. | Modular electrochemical cells |
US11005117B2 (en) | 2019-02-01 | 2021-05-11 | Aquahydrex, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
-
2009
- 2009-12-14 RU RU2009146448/22U patent/RU93804U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602079C2 (ru) * | 2010-12-10 | 2016-11-10 | Юниверсити Оф Вуллонгонг | Многослойные устройства для разложения воды |
US9708719B2 (en) | 2010-12-10 | 2017-07-18 | Aquahydrex Pty Ltd | Multi-layer water-splitting devices |
US10428431B2 (en) | 2010-12-10 | 2019-10-01 | Aquahydrex Pty Ltd | Multi-layer water-splitting devices |
US10577700B2 (en) | 2012-06-12 | 2020-03-03 | Aquahydrex Pty Ltd | Breathable electrode structure and method for use in water splitting |
WO2013191578A1 (ru) * | 2012-06-18 | 2013-12-27 | Buzmakov Igor Vitalyevich | Экономичный электрохимический элемент |
US10637068B2 (en) | 2013-07-31 | 2020-04-28 | Aquahydrex, Inc. | Modular electrochemical cells |
US11018345B2 (en) | 2013-07-31 | 2021-05-25 | Aquahydrex, Inc. | Method and electrochemical cell for managing electrochemical reactions |
US11005117B2 (en) | 2019-02-01 | 2021-05-11 | Aquahydrex, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
US11682783B2 (en) | 2019-02-01 | 2023-06-20 | Aquahydrex, Inc. | Electrochemical system with confined electrolyte |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7408716B2 (ja) | 電極触媒用途向けの金属ドープ酸化スズ | |
CN103668311B (zh) | 用于电催化还原co2至甲酸的催化电极、应用及电催化还原二氧化碳至甲酸的方法 | |
CN109289843B (zh) | 海胆状金红石型二氧化钛担载氧化钌氧析出催化剂、其制备方法和应用 | |
CA2857110A1 (en) | Precious metal oxide catalyst for water electrolysis | |
CN112647086B (zh) | 一种用于pem水电解池的钛纤维毡阳极扩散层及其制备方法与应用 | |
JP2022515169A (ja) | 電解反応により二酸化炭素(co2)をcoに変換する方法 | |
EP2841624B1 (en) | An electrochemical process for water splitting using porous co3o4 nanorods | |
RU93804U1 (ru) | Электрохимическая ячейка для получения водорода | |
US20140251795A1 (en) | Manufacturing method of cathode catalyst and ozone-generating device | |
CN113136597B (zh) | 一种铜锡复合材料及其制备方法和应用 | |
WO2016096806A1 (en) | Method for hydrogen production and electrolytic cell thereof | |
EP3351659A1 (en) | Positive electrode for water electrolysis, electrolysis cell and method for producing positive electrode for water electrolysis | |
Amano et al. | Amorphous iridium and tantalum oxide layers coated on titanium felt for electrocatalytic oxygen evolution reaction | |
Ghanem et al. | Selective formation of hydrogen peroxide by oxygen reduction on TiO2 nanotubes in alkaline media | |
Cheng et al. | RuO2/IrO2 nanoparticles decorated TiO2 nanotube arrays for improved activity towards chlorine evolution reaction | |
US20110226634A1 (en) | Bismuth metal oxide pyrochlores as electrode materials for electrolytic ozone and perchlorate generation | |
JP6634339B2 (ja) | 酸素還元触媒及びその製造方法 | |
Yamamoto et al. | Photoelectrochemical reduction of CO2 in methanol with TiO2 photoanode and metal cathode | |
JP3455779B2 (ja) | 半導体光触媒反応装置及び電解装置からなる水素の製造装置 | |
US9567677B2 (en) | Electrochemical method of producing hydrogen peroxide using a titanium oxide nanotube catalyst | |
CN113802130A (zh) | 一种电解水催化剂及其制备方法 | |
CN108048869B (zh) | 一种嵌入钌铪复合氧化物的镍基活性电极材料及其制备方法 | |
JP5545893B2 (ja) | 炭素を基体とする電極材料の製造方法及びこれにより製造した電極材料を使用した燃料電池 | |
RU93087U1 (ru) | Электрохимическая ячейка для получения кислорода | |
Muddemann et al. | Optimized Process Conditions for Hydrogen Peroxide Generating Gas Diffusion Electrodes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20141215 |