Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом

 

Сущность изобретения: катализатор (КТ)-сплав никеля 11-14% и золота 86-89% - получают сплавлением указанных металлов в инертной атмосфере с последующим распылением расплава в воде, формованием с фторопластом и термообработкой. Характеристика: высокая коррозионная устойчивость. 1 табл. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 8,01 J 23/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

„К ПАТЕНТУ (21) 4935174/04 (22) 25.03.91 (46) 30,03.93. Бюл. % 12 (71) Уральский электрохимический комбиН3Т (72) С.И.Хозяшев, Н.M,Äàí÷åíêo и О,В.Чумаковский (73) Уральский электрохимический комби(56) Коровин Н,В. Электрохимические генераторы. М.: Энергия, 1974, с.80.

Вишнякова Л.П, и др. Электрохимия, 1978, т .14, М 4, с,582, Зотов Г.H., Колотыркин Я.М, и Бунэ

H.ß.Ýëåêòðîõèìèÿ, 1970, т.6, М 6, с.857.

Подшивалов С.А. и др, Энергетические установки космических аппаратов. — М, Энергоиздат, 1981, с.124-128, Епса O„J.Electroanalyt. Chem, 1983, ч.235, р.393-401.

Патент США М 4115322, кл. В 01 J

21/18, опублик. 1978..е

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники, связанное с разработкой электрохимических генераторов тока (ЭХГ), и может быть использовано для получения активного катализатора с высокой коррозионной устойчивостью, предназначенного для изготовления кислородного электрода топливного элемента, работающего со щелочным электролитом.

Заявляемый катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом представляет собой сплав никеля и золота, отличающийся тем, что катализатор содержит указанные металлы в следующем соотношении, мас. :

„„Я2„„1806006 А3 (54) КАТАЛ И ЗАТО Р КИ СЛ О РОД Н О ГО

ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА СО ЩЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ (57) Сущность изобретения: катализатор (КТ) — сплав никеля 11-147 и золота 86 — 89 ф, — получают сплавлением указанных металлов в инертной атмосфере с последующим распылением расплава в воде, формованием с фторопластом и термообработкой. Характеристика: высокая коррозионная устойчивость. 1 табл.

Никель 11-14

Золото 86-89

Исключение углерода из состава катализатора позволило значительно поднять C) коррозионную стойкость катода топливного СЬ элемента, уменьшить степень карбонизации электролита и тем самым увеличить срок эксплуатации ЭХГ. Высокая коррозионная устойчивость катализатора позволила применить его в составе кислородного электрода матричного топливного элемента с повышенной температурой эксплуатации, что обусловило высокие удельные показатели ЭХГ в целом. Следует отметить, что готовя сплав в определенном соотношении из двух малоактивных, но коррозионноустой1806006

Напряжение топлиВ-" ного элемента при и loTHocTvl тока 0,2

А/см, мВ

Состав катализато а

Максимальная скорость растворения катализатора,мас. % /ч

Золото

Никель

889

834

872

873

893

926

908

909

887

94

91

89

88

87

86

0

9

11

12

13

14

15 меньше 2 10 чивых металлов золота и никеля, получаем активный и коррозионноустойчивый катализатор электровосстановления кислорода в щелочном электролите. Для экспериментальной проверки заяв- 5 ляемого состава были подготовлены вариантъ катализаторов с различным содержанием в них никеля и золота, девять из .которых приведены в таблице. Образцы катализаторов готовились путем сплавления никеля и 10 золота в инертной атмосфере с последующим распылением такого сплава в воде. Полученный порошок отфильтровывали, тщательно смешивали со связующим — фторопластом (5 мас.% от массы катализатора), термообраба- 15 тывали и готовили из такой смеси электроды путем напрессовывания ее на никелевую подло>кку в количестве 50 мг на квадратный сантиметр электрода.

Активность катализаторов оценивали . при испытании их в составе кислородного, электрода в матричном водород-кислородном топливном элементе при использова-, нии в качестве электролита 9М водного,25 раствора гидроксида калия, при температу- . ре 363 — 373 К и абсолютном давлении газов

0,39 — 0,41 МПа. За меру активности принималось напряжение кислородного электрода по отношению к платиносодержащему 30 водородному электроуу при нагрузке 0,2 А в пересчете на I см его геометрической поверхности. .!

Коррозионная устойчивость таких алек- 35

- тродов определялась по известной методике в 9М водном растворе гидроксида калия при температуре 363-373 К в диапазоне всех возмо>кных потенциалов работы кисло.родного электрода в топливном элементе. 40

3а меру коррозионной устойчивости катализаторов принималась максимальная скорость их растворения, рассчитанная по скорости накопления этих металлов в растворе электролита. Концентрация золота и 45 никеля в растворах определялась с точностью до О, t м lг//Jлl, но ни в одном из образцов при указанных потенциалах концентрация указанных элементов не превысила предел обнаружения.

Экспериментальные данные по испытаФ нию различных золото-никелевых катализаторов в составе кислородных электродов щелочного топливного элемента, а также данные о максимальной скорости растворения этих катализаторов в таком же электролите представлены в виде таблицы. Для сравнения приведены соответствующие данные для золотого и никелевого катализаторов, Как видно из таблицы, катализаторы кислородного электрода заявляемого состава для топливного элемента co щелочным электролитом обладают одновременно высокой активностью и уникальной коррози- . онной устойчивостью, Оптимальное количество никеля в сплаве с золотом составляет 11 — 14 мас,%, Уменьшение количества никеля в сплаве ниже 11 мас.%, и увеличение выше 14 мас.% ведет к снижению активности катализаторов, хотя во всех случаях сохраняется: их высокая коррозионная устойчивость.

Использование данного катализатора кислородного электрода позволит: — значительно увеличить удельную мощность ЭХГ за счет возможности эксплуата,ции его в матричных топливных элеменТах при повышенных температуре и концентрации электролита; (у. — существенно увеличить срок эксплуатации топливных элементов за счет уникальной коррозионньй стойкости катализатора.

Формула изобретения

Катализатор кислородного электрода ,,для топливного элемента со щелочным элек тролитом, представляющий собой сплав ни келяя и золота, отличающийся тем, что катализатор содержит указанные металлы при следующем соотношении, мас,%:

Никель 11-14

Золото 86-89

1806006, Продолжение таблицы.

Составитель С.Хозяшев

Техред М,Моргентал Корректор O:Kл<»

Редактор

Производственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 956, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5