СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ТВЕРДОПОЛИМЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА СО СТАБИЛИЗИРОВАННЫМ ВОДНЫМ БАЛАНСОМ
Электрохимические системы Электрокатализаторы Твердополимерный топливный элемент Водородная энергетика Стабилизированный водный баланс
Изобретение относится к области технологии катализа и приготовления электрокатализаторов и может быть использовано в составе каталитического слоя мембранно-электродного блока (МЭБ) для топливного элемента с твёрдополимерным электролитом (ТЭ с ТПЭ), а именно для портативных водородно-воздушных топливных элементов с твердым полимерным электролитом, эксплуатируемых в условиях низкой и переменной влажности (работающих на осушенных газах). Техническим результатом является получение электрокатализатора для топливного элемента с твёрдополимерным электролитом, обладающего высокими значениями удельной поверхности, электрохимической активной поверхностью и высокой стабильностью. Для его достижения предложен способ изготовления электрокатализатора для твердополимерного топливного элемента со стабилизированным водным балансом, заключающийся в том, что наночастицы платины синтезируют в присутствии полипирролидона и диспергируют в этаноле, в котором в присутствии поверхностно-активного вещества цетилтриметиламмонийбромида  инициируется золь-гель реакция прекурсора диоксида кремния, после чего цетилтриметиламмонийбромид удаляется, при этом, на исходный углеродный носитель наносят частицы SiO2 методом осаждения в объеме этиленгликоля для чего, в ёмкости первоначально готовят коллоидный раствор модифицирующего компонента путем смешивания рассчитанного количества порошка SiO2 и этиленгликоля с добавлением небольшого количества деионизированной воды, раствор подвергают диспергированию, готовят суспензию, состоящую из носителя, смеси растворителей этиленгликоль – вода 1,2:1 и изопропилового спирта 1,5 мл, перемешивают суспензию с помощью ультразвуковой обработки с частотой 22–25 кГц в течение 15 минут, к полученной суспензии добавляют коллоидный раствор частиц кремнезема, полученную композицию переливают в емкость и помещают в водяную баню  с температурой 40-60°С и проводят осаждение в течение 72 часов при постоянном перемешивании, осуществляют синтез электрокатализатора на основе модифицированного носителя, для чего в емкость добавляют водный раствор прекурсора платиновых частиц гексахлорплатиновую кислоту  объемом 60-80 мл известной концентрации и раствор гомогенизируют на магнитной мешалке в течение 30 мин при комнатной температуре, полученный раствор по каплям приливают в емкость с модифицированным носителем при постоянном магнитном перемешивании, полученную смесь со скоростью 1 град/мин нагревают до 750 С и выдерживают в течение 2 часов в токе инертного газа азота или аргона при атмосферном давлении, быстро поднимают температуру до 1800 С и проводят восстановление платины в течение часа в токе инертного газа азота или аргона, охлаждают смесь и проводят отмывку осадка, при этом, перед отмывкой в охлажденную суспензию добавляют 2 М HCl для снижения рН раствора до 6, проводят трехкратное кипячение осадка в дистилированной воде с ее последующей декантацией, тщательно промывают полученный твердый осадок деионизированной водой и сушат в течение 8 часов в вакуумном шкафу при температуре 700 С.
Данный способ изготовления электрокатализатора и каталитических слоев на его основе для электрохимических устройств, в частности для портативных водородно-воздушных топливных элементов, крайне актуален, поскольку одной из ключевых задач при разработке и изготовлении ТЭ является поддержание высокого уровня электрохимических характеристик ТЭ не зависимо от уровня влажности подаваемых в устройство рабочих газов. Влагосодержание оказывает существенное влияние на свойства одного из основных компонентов мембранно-электродного блока (МЭБ) ТЭ, а именно, полимерной электролитической мембраны. Потери влаги также оказывают существенное влияние и на свойства нанесенных каталитических слоев. В комплексе данные процессы приводят к росту сопротивления, падению проводимости, активности каталитических слоев, а значит, ухудшению рабочих характеристик ТЭ в целом. Все вышеизложенное делает создание мембранно-электродного блока для электрохимических устройств, в частности для водородно-воздушных топливных элементов, с возможностью поддержания стабильного водного баланса крайне актуальным.
Дмитрий
Спасов
Дмитриевич
Научный сотрудник
Отсутствует
Отсутствует
Отсутсвует
57208585609
0000-0003-3668-3184
РОССИЯ
Дмитрий
Спасов
Научный сотрудник
РОССИЯ
31.15.33
Электрохимия
01.04.HQ
ELECTROCHEMISTRY
Дмитрий
Спасов
Дмитриевич
Участие в синтезе электрокатализаторов, проведение электрохимических исследований, подготовка патента.
РОССИЯ
ФОНД СОДЕЙСТВИЯ ИННОВАЦИЯМ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
Дмитрий
Спасов
Дмитриевич
Физическое лицо
РОССИЯ