Оптимизация активного слоя электрода фосфорнокислотного топливного элемента с полимерной матрицей

• Автор: Эльманович, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Оглавление
Список сокращений
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1Л. Основные сведения о топливном элементе с полимерной мембраной
1.1 Л. Устройство, принцип работы и вольтамперная
характеристика
1.1.2. Топливные элементы с допированной кислотой полимерной матрицей в качестве протон-проводящей мембраны
1.1.3. Структура электродов полимерных ТЭ
1.2. Дизайн активных слоев электродов высокотемпературных полимерных ТЭ
1.2.1. Различные известные подходы к организации структуры и состава активного слоя электрода фосфорнокислотного ТЭ с полимерной матрицей
1.2.2. Сверхкритический С02 как растворитель для создания материалов для топливных элементов
1.3. Синтез катализаторов для топливных элементов с использованием СК С

1.4. Создание регулярных наноструктур каталитических частиц на поверхности подложки с использованием эффекта самоорганизации диблок-сополимеров в растворе
1.5. Выводы из обзора литературы и постановка задачи
1.5.1. Дизайн активного слоя электрода фосфорнокислотного ТЭ с полимерной матрицей
1.5.2. Исследование специфических преимуществ и закономерностей процесса получения каталитических материалов для ТЭ с использованием СК С
1.5.3. Формирование регулярных наноструктур прекурсора на подложке с использованием самоорганизации блок-сополимеров в растворе СК С
Глава 2. Экспериментальная часть
2.2. Процедура изготовления электродов
2.1.1. Изготовление микропористых слоев
2.1.2. Изготовление активных слоев
2.1.3. Изготовление модельных электродов для циклической вольтамперометрии в трехэлектродной ячейке
2.2. Процедура сборки и тестирования ТЭ
2.2.1. Сборка МЭБ
2.2.2. Тестирование МЭБ
2.3. Получение материалов с использованием СК С
как растворителя

2.3.1. Общая схема установки и экспериментов по осаждению тонких пленок из растворов в СК СОг
2.3.2. Приготовление модифицированного каталитического материала с тонкой пленкой Тефлон АФ, осажденной на поверхность из растворов в СК С
2.3.3. Модельные эксперименты по осаждению металлоорганического прекурсора П на пирографит из растворов в СК С
2.3.4. Осаждение упорядоченных структур катализатора на модельную подложку из растворов в СК С02 с использованием самоорганизации диблок-сополимера в сверхкритической среде
Глава 3. Дизайн активных слоев электродов фосфорнокислотных топливных элементов с полимерной матрицей
3.1. Определение электрохимически активной поверхности П для модицифированных каталитических материалов с осажденной на их поверхность из растворов в СК С02 пленкой Тефлон АФ
3.2. Производительность МЭБ на основе модифицированных материалов, сравнение с литературными данными
3.3. Анализ результатов электрохимической спектроскопии импеданса
Глава 4. Исследования специфики синтеза каталитических материалов с использованием СК С02 как растворителя
4.1. Производительность ТЭ с каталитическим материалом, синтезированным с использованием СК С02 в качестве растворителя
4.2. Анализ ССМ изображений структур металлоорганического прекурсора, осажденного на поверхность пирографита из растворов в СК

1.4. Создание регулярных наноструктур каталитических частиц па поверхности подложки с использованием эффекта самоорганизации диблок-сополимеров в растворе
Важным параметром для создания стабильных каталитических материалов для полимерных ТЭ является контроль расстояния между частицами платины на подложке. Неравномерное распределение частиц по подложке будет приводить к агломерации и спеканию близко расположенных частиц что, в свою очередь, быстро снизит эффективную поверхность катализатора [60]. В предыдущем параграфе мы отмечали, что использование СК СОг в качестве растворителя в процессах синтеза платиновых наночастиц на поверхностях дисперсных подложек может приводить к созданию более равномерно распределенных на подложке монодисперсных каталитических частиц, чем при использовании жидких растворителей. Имеющийся у нас опыт свидетельствует, однако, что только лишь за счет использования СК С02 не удается достичь высокой регулярности упаковки частиц на подложке [63, 100].
Создание регулярных наноразмерных структур привлекает большое внимание исследователей из различных областей науки из-за широкого круга применений, возможных для подобных структур: от электроники до биомедицины. Для организации регулярных наноструктур применяются такие методы как электроннолучевая литография, рентгеновская литография, оптическая литография, а также импринт-литография [78]. Несмотря на успехи этих методов, процесс литографии остается дорогостоящим, времязатратным и трудоемким. В последние несколько десятилетий развивается новый подход к синтезу регулярных наноструктур, связанный с использованием для этой цели эффекта самоорганизации полимеров в растворе [79].
Если полимер состоит из двух или более блоков различного химического строения (является ди- или мульти- блок-сополимером), не смешивающихся между собой, такой блок-сополимер в растворе способен к самоорганизации - микрофазному расслоению блоков различного строения [80]. При этом для