Влияние полибензимидазолов на структуру трехфазной границы, протонную проводимость и механизмы деградации поверхности платины в активных слоях электродов фосфорнокислотных топливных элементов

• Автор: Кондратенко, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.06, 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Оглавление
Список основных сокращений и обозначений
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1. Водородно-воздушные полимер-электролитные топливные элементы

2. Метод электрохимической спектроскопии импеданса в исследовании
топливных элементов с полимерной мембраной
2Л. Использование эквивалентных схем цепей переменного тока для
аппроксимации спектров импеданса
2.2. Физическое моделирование как подход к интерпретации спектров
импеданса
2.3. Применение метода ЭСИ для изучения свойств
среднетемпературных полимер-электролитных ТЭ на основе ПБИ
мембран
3. Полибензимидазольные мембраны для ТЭ
3.1. Модификации ПБИ, используемые для приготовления протон-
проводящих мембран
3.2. Методики приготовления протон-проводящих мембрана основе

3.3. Зависимость свойств ПБИ мембран от уровня допирования
3.4. Модифицированные ПБИ мембраны
3.5. Композитные цирконийсодержащие ПБИ мембраны

4. Деградация электрокатализаторов на основе платины в условиях
работы ТЭ
4.1. Основные механизмы деградации
4.2. Растворение платины в горячей ФК
4.3. Влияние ПБИ на растворение платины
5. Выводы из обзора литературы и постановка задач
5.1. Электрохимическая спектроскопия импеданса
среднетемпературных ТЭ на основе ПБИ матриц
5.2. Направленная оптимизация свойств композитных матриц на
основе ПБИ
5.3. Деградация электрокатализаторов на основе платины в
среднетемпературных ТЭ с ПБИ матрицей
Глава 2. Экспериментальная часть
1. Сборка МЭБ и вывод на режим
2. ПБИ мембраны
2.1. мПБИ
2.2. АБПБИ
2.3. ПБИ-О-ФТ стандартная
2.4. Композитные ПБИ-О-ФТ матрицы с цирконием
3. Изучение свойств композитных ПБИ-О-ФТ матриц
3.1. Малоугловое рентгеновское рассеяние
3.2. ИК спектроскопия
3.3. Дилатометрия
4. Электрохимические измерения
4.1. Стационарная вольтамперометрия
4.2. Циклическая вольтамперометрия
4.3. Электрохимическая спектроскопия импеданса
4.4. Измерение сопротивления мембран методом обрыва тока
4.5. Измерения газовой проницаемости мембран
5. Схема эксперимента по изучению влияния ПБИ на механизмы
деградации поверхности платины в горячей ФК
Глава 3. Интерпретация спектров импеданса ТЭ на основе ПБИ матриц с
помощью эквивалентной схемы с длинной линией
1. Моделирование импеданса активного слоя катода ТЭ с ПБИ матрицей
с помощью уравнений длинной линии
2. Проверка достоверности параметров, получаемых аппроксимацией
спектров импеданса
2.1. Нераспределенные сопротивления МЭБ
2.2. Поляризационная емкость
2.3. Поляризационное сопротивление
2.4. Распределенное сопротивление активного слоя катода
3. Влияние ПБИ матриц различной природы на транспортные и
электрокаталитические процессы в АС
Глава 4. Композитные цирконий-содержащие ПБИ-О-ФТ матрицы для ТЭ
1. Сшивание макромолекул ПБИ цирконием(ГУ)
2. Набухание композитных 2г/ПБИ-0-ФТ матриц в ФК
3. Малоугловое рентгеновское рассеяние
4. Дилатометрия

-0.4 -0.3 N -0-2 -0.1
-0.3 N -0.2 -0.1
1111 1 Т I ■ 0.81 V (я -В/КЪЕ • 0.76 V ' -а 0.58 V -100 Нг Л 1 1 1 1 I "Т 1 Ие, Ьсмегес! *, . (Ь) 100 Нг 1
11,1111 . , С*Р х з 2.5 Нг _ 1 оо 1г)10 Нг 11111 111111 1 Ар* х 3 (с!)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.
Т Пет2 Т Пет

N0 Васкюд - (вса1е х
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0 0.04 0.08 0.12 0.16 С.
Т Пет2 Т Пет
Рис. 15. Спектры импеданса, рассчитанные для трех разных электродных потенциалов (0,81, 0,76 и 0,58 В). Из работы [37].
На Рис. 15а при низких перенапряжениях катода (потенциал 0,81 В) газодиффузионный слой практически не вносит вклад в импеданс и доминирует высокочастотная полуокружность, но с ростом тока через ТЭ, т. е. с ростом перенапряжения катода (потенциал катода 0,76 В на Рис. 15а), высокочастотная полуокружность уменьшается и на более низких частотах начинают проявляться ограничения пропускной способности газодиффузионного слоя. При высоком перенапряжении доминирует низкочастотная полуокружность, высокочастотная также увеличивается из-за снижения концентрации кислорода в каталитическом слое.