Неуглеродные носители электрокатализаторов для низкотемпературных водородно-воздушных топливных элементов

• Автор: Чжао Цзинь
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение

2. Литературный обзор.

2.1 ТЭ с протонобменной мембраной

2.2 Катализаторы для водородновоздушных ТЭ

2.3 Носители катализатора для ТЭ.

2.3.1 Углеродные носители РУС.

2.3.2 Неуглеродные носители.

2.4 Водородные вольфрамовые бронзы.

2.5 Гетерополикислота и соли гетеропол и кислоты.

3. Экспериментальная часть

3.1 Синтез НхУОу и кататизаторов на их основе.
3.1.1 Химическое восстановление.
3.1.1.1 Синтез водородновольфрамовых бронз
3.1.1.2 Синтез катализаторов на основе Р1 НхУОу
3.1.2 Магнетронное распыление.
3.2 Синтез СзхН3.хР,,4о и катализаторов на их основе
3.2.1 Синтез С5.чН3.хРУ0.,опН.
3.2.2 Синтез катализаторов на основе РСБхИРХУО.
3.3 Синтез 8п58Ь.
3.4 Методы исследования
3.4.1 Рентгенофазовый анализ
3.4.2 Электронная микроскопия.
3.4.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия
3.4.4 Четырехэлектродиый метод.
3.4.5 Метод степпрофилометрии
3.4.6 Инфракрасная спектроскопия
3.4.7 Метод Ван Дер Пау.
3.4.8 Метод импедансной спектроскопии.
3.4.9 Метод ретгенофлуоресцентного анализа.
3.4. Метод БрунауераЭмметаТеллера.
3.4. Метод циклической вольтампсрометрии
3.4. Измерение характеристик МЭБ в составе ТЭ.
3.4. Измерение характеристик катализаторов
в полуячейке
4. Результаты и их обсуждение
4.1 x и катализаторов на основе x.
4.1.1 Химическое восстановление.
4.1.1.1 Характеристики x.
4.1.1.2 Характеристики x
4.1.2 Магнетронное напыление
4.1.2.1 Однофазные пленки
4.1.2.2 Композиционные пленки
4.2 x3x,22 и композиционные слои на основе ГПС с добавлением электронного проводника.
4.2.1 Характеристики солен x3.xi2,
4.2.2 Композиционная система на основе ГПС с добавлением сажи
4.2.3 Допированный диоксид олова 5 ..
4.2.4 Композиционные системы на основе ГПС с добавлением оксида
4.2.5 Композиционные каталитические слои на основе ГПС с добавлением сажи.
4.2.6 Композиционные катшштические слои на основе ГПС с добавлением оксида
5. Выводы
Список литературы


Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи получение неуглеродных носителей для наноструктурированной платины изучение их физикохимических свойств исследование влияния условий синтеза и состава на морфологию и электрофизические свойства синтезированных материалов получение композиционных систем с максимальной каталитической активностью в реакциях окисления водорода, восстановления кислорода и высокой толерантностью к СО. Объектами исследования нашей работы были выбраны два варианта водородновольфрамовые бронзы и композиционные системы на основе гетерполисоединения с добавлением электронных проводников. Предложен магнетронный способ получения и нанесения на ГДС композитных материалов Р1НХЮ3, обладающих повышенными электрокаталитическими свойствами. На основе полученных материалов созданы аноды для водородновоздушных топливных элементов с сверхнизкой загрузкой платины мкгсм2 при удельной мощности 1,2 Втг Р1. Полученные материалы испытаны в составе модельных топливных элементов. Предложен метод управления физикохимическими и электрокаталитическими свойствами электродных материалов на основе платинированных ГПС путем получения наноструктурированных композиционных материалов с диоксидом олова. ЗО об. СО электродные материалы для анодов и катодов ТЭ. СО на аноде. Обнаружена самоорганизация наноразмерных солей СхНз. До х 2 3 в процессе синтеза, изучена зависимость физикохимических и электрокаталитических свойств полученных материалов от их морфологии и состава. Показано, что концентрационные зависимости проводимости и электрокаталитической активности для композиционных материалов на основе платинированных гетерополисоединений и электронных проводников сажа, 8пС258Ь носят немонотонный характер. На основании теорий протекания и эффективной среды предложена модель, описывающая наблюдаемые явления. Существует несколько типов топливных элементов ТЭ таблица 1 4. Анализ научной литературы указывает на то, что основное количество работ проводится в направлении решения проблем, связанных с ТЭ на основе мембранноэлектродных блоков МЭБ с твердым полимерным электролитом. Низкая рабочая температура позволяет использовать такие топливные элементы для питания различных типов сложных электронных устройств. Топливо катализагорЭлектролитОкислитель катализатор. В топливных элементах с протоннообменной мембраной РЕМБО биполярные пластины соединяют между собой отдельные ячейки батареи топливных элементов, т. МЭБ рис. Производимые и разрабатываемые в настоящий момент биполярные пластины можно разделить на две большие группы по материалам, из которых они изготовлены пластины на основе углерода и пластины на основе металлов . МЭБ таких типов ТЭ состоит из трех основных элементов 1 протоннопроводящей мембраны, 2 активного слоя АС электрода, где протекают электрохимические реакции окисления и восстановления 3 ГДС, обеспечивающего подвод реагентов в область протекания электрохимической реакции, а также водный баланс и токосъем. С их помощью регулируются тепловые, газовые и электрические потоки. Рис. Мембранноэлектронный блок в ячейке. Мембрана, входящая в состав МЭБ, должна обеспечивать проводимость ионов и блокировать электронную проводимость. Она может быть полимерной или керамической. Для возможности практического применения и коммерциализации топливных элементов на мембраны налагаются следующие требования 1 высокая протонная проводимость 2 низкая электронная проводимость 3 низкая проницаемость для
топлива и окислителя 4 незначительный транспорт воды через мембрану за счет диффузии и электроосмотического эффекта 5 стабильность по отношению к окислению и гидролизу 6 хорошие механические свойства, как в сухом, так и в увлажненном состоянии. В настоящее время в топливных элементах этого типа используются полимерные мембраны на основе материала типа Ыабоп рис. Рис. Перфторированная ионообменная мембрана Нафион i, разработанная компанией . Рис. З. СЭМмикрофотографии углеродной а бумаги и б
Пористый ГДС тоже является важным компонентом в МЭБ. Через него осуществляется токосъем с катодной и анодной сторон, подвод исходных реагентов и отвод продуктов реакции.