Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом

 

Сущность изобретения: продукт - Катализатор (КТ), представляющий гомогейный твердый раствор с удельной поверхностью 5-10 м2/г, состава, мае. %: золото 1(Ь-7б, серебро 30-90. КТ получают расплавлением металлов в инертной атмосфере, распылением расплава в воде, смешением со Ьвязу ющим фторопластом и термообработкой. Характеристика: высокая коррозионная устойчивость . 1 табл. ,что катализатор содержит указанные металлы при следующем соотношении, мае. %: Золото10-70 Серебро 30-90 При этом катализатор представляет собой гомогенный твердый раствор этих металлов. .Золото, являясь малорастворимым компонентом гомогенного сплава, препятствует быстрому растворению серебра и способствует повышению активности и коррозионной .устойчивости серебросодержащего катализатора. Истинный твердый раствор этих металлов определенного состава формируется при повышенных темпе00 VJ VI О О 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К . ПАТЕНТУ (21) 4935173/04 (22) 25.03.91 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Уральский электрохимический комбинат (72) С.И.Хозяшев, Н.М.Данченко и О.В.Чумаковский (73) Уральский электрохимический комби. нат, (56) Давтян О.К. Кинетика и катализ химических и электродных процессов. — Ереван:

Изд. AH Армянской ССР, 1984, с. 67.

Коровин Н.В. Электрохимические гене- . раторы, — М.: Энергия, 1974, с. 80.

Завгородная Е,В.; Илюшина Т.Ю., Поваров Ю.М. — Электрохимия, 1977, т. 13, с. 388.

Подшивалов С.А., Иванов Э.И., Муратов

Л.,И. и др; Энергетические установки космических аппаратов, — М.: Энергоиздат, 1981, с. 124-128.

Вишнякова Л.П., Голин Ю.Л., Данченко

Н,М. и др. — Электрохимия, 1977, т. 14, N. 4, с. 582.

Патент США M 4115322, кл; В 01 J21/18,,опублик. 1978.

Изобретение относится к области электротехники, связанной с разработкой электрохимических генераторов тока (ЭХГ) и может быть использовано при изготовлении активного катализатора с высокой коррозионной устойчивостью, предназначенного для формирования кислородного электрода топливного элемента. работающего со щелочным электролитом.

Заявляемый катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом представляет собой сплав золота и.серебра, отличающийся тем.

„„, > 1817706 АЗ (я)й В 01 J 23/52. Н 01 М 4/52 (54) КАТАЛИЗАТОР КИСЛОРОДНОГО;

ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕ-, МЕНТА СО ЩЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ (57) Сущность изобретения; продукт — ката- лизатор (КТ), представляющий гомогейный твердый раствор с удельной поверхностью

5-10 м2/г, состава, мас. ®: золото 10-70, серебро 30 — 90. КТ получают расплавлением металлов в инертной атмосфере, распылением расплава в воде, смешением со связу-. ющим фторопластом и термообработкой, Характеристика: высокая коррозионная ус- . тойчивость. 1 Фабл.,что катализатор содержит указанные металлы при следующем соотношении. мас. :

3 олото 10-70

Серебро 30-90

При этом катализатор представляет собой гомогенный твердый раствор этих металлов. . Золото, являясь малорастворимым компонентом гомогенного сплава, препятствует быстрому растворению серебра и способствует повышению активности и коррозионной устойчивости серебросодержащего катализатора. Истинный твердый раствор этих металлов определенного состава формируется при повышенных темпе1817706 ратурах за счет близости их физико-химических свойств, в частности, практически одинакового размера их атомов.

Катализатор изготавливается из однородного сплава, что позволяет исключить операцию гомогенизации катализатора после операции его приготовления, и тем самым повысить его дисперсность (гомогенизация производится при повышенных температурах, при которых идет спекание частиц). Исключение углерода из состава катализатора позволило значительно поднять коррозионную устойчивость катода топливного 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.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены варианты катализаторов с различным содержанием в них золота и серебра, девять наиболее характерных из них приведены в таблице.

Пример .1. Образцы гомогенного сплава состава серебро — 5 мас. /, золота готовят путем сплавления в тигле в защитной атмосфере расчетных количеств указанных металлов, С целью приготовления катализатора этот сплав распыляют извесгным способом в дистиллированной воде при помощи электрических разрядов, Полученный высокодисперсный порошок отфильтровы вают, сушат, после чего тщательно смешивают со связующим — порошкообразным фторопластом (5% от массы золото-серебряного катализатора).

После термической обработки такой смеси в печи при 570-600 К готовят электроды путем напрессования ее в количестве 50 мг/см на никелевую пористую подложку при давлении 500 МПа. Как показали анализы,. состав частиц катализатора в электродах соответствует соотношению металлов в

° шихте при изготовлении сплава.

Пример ы 2 — 9. Сплавы, катализаторы и электроды готовились по примеру 1 и отличались от них только соотношением компонентов (см, таблицу).

Активность катализаторов оценивали при испытании их в сОставе кислородного электрода в матричном водород-кислородном топливном элементе при температуре

363-373 К и абсолютном давлении газов

0,39 — 0.41 МПа, используя в качестве электролита 9 M водный раствор гидроксида ка55

Формула изобретения

Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом, представляющий собой сплав золота и серебра, отличающийся тем, что катализатор содержит указанные металлы при следующем соотношении, мас. Д: . лия (КОН). За меру активности принималось напряжение кислородного электрода по отношению к платиносодеращему водородному электроду при нагрузке 0,2 А в пересчете на 1 см его геометрической поверхности.

Коррозионная устойчивость таких элек. тродов определялась по известной методи-. ке в 9 M растворе КОН при 363-373 К в диапазоне всех возможных потенциалов ра"0 боты кислородного электрода в топливном элементе. За меру коррозионной устойчивости катализаторов принималась максималь- ная скорость их растворения, рассчитанная по скорости накопления серебра в растворе

15 электролита, так как наличия золота при пределе его обнаружения менее 0,1 мг/л ни в одном из растворов обнаружено не было.

Экспериментальные данные по испытанию золото-серебряных катализаторов в со20 ставе кислородных электродов щелочного топливного элемента, а также данные о максимальной скорости растворения этих катализаторов в электролите и об их удельной поверхности представлены в виде таблицы.

25 .Для сравнения приведены соответствующие результаты исследований для золотого и серебряного катализаторов.

Как видно из таблицы, катализаторы кислородного электрода заявленного соста30 ва для топливного элемента со щелочным . электролитом обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью и высокой активностью. Оптимальное количество золота в сплаве с серебром составляет 10 — 70 мас.%.

35 Уменьшение количества золота в сплаве ниже 10 мас; Р ведет к уменьшению активности и коррозионной стойкости катализатора, а увеличение количества зо. лота в сплаве выше 70 мас. /0 — к снижению

40 активности катализатора, хотя его коррсзи-. онная устойчивость при этом существенно увеличивается.

Использование заявляемого катализатора кислородного электрода позволит зна45 чительно увеличить удельную мощность

ЭХГ за счет возможности эксплуатации его в матричных топливных элементах при повышенных температуре и концентрации электролита; увеличить срок эксплуатации

50 топливных элементов за счет высокой коррозионной стойкости катализатора.

1817706

Составитель С. Хозяшев

Редактор Т. Иванова Техред М. Моргентал Корректор М, Куль

Заказ 1734 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Золото

Серебро

10-70

30-90 при этом катализатор представляет собой гомогенный твердый раствор указанных металлов.

Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом 

 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения катализаторов и может быть использовано для удаления СО из выхлопных газов

Изобретение относится к получению катализаторов и, в частности, к получению палладиевых и палладий/золотых катализаторов для синтеза винилацетата из этилена, уксусной кислоты и кислородсодержащего газа, а также к способу получения винилацетата

Изобретение относится к области электротехники, а именно к катализаторам топливных элементов

Изобретение относится к получению винилацетата из уксусной кислоты, этилена и кислорода или кислородсодержащих газов

Изобретение относится к получению винилацетата контактированием этилена, уксусной кислоты и кислородсодержащего газа с палладиевым катализатором на носителе

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения винилацетата реакцией этилена, кислорода и уксусной кислоты, используемых в качестве реагентов, включающему контактирование указанных реагентов с катализатором, содержащим пористый носитель, на пористых поверхностях которого осаждены каталитически эффективные количества металлических палладия и золота, меди в виде свободного металла или ацетата меди, и четвертого металла, выбранного из группы, состоящей из магния, кальция, бария и циркония, в виде его оксида или смеси оксида и свободного металла, при температуре 150-220oС и давлении до 20 атм
Изобретение относится к способу получения винилацетата из этилена, кислорода и уксусной кислоты

Изобретение относится к способу получения катализатора для производства винилацетата реакцией этилена, кислорода и уксусной кислоты, содержащего пористый носитель, на пористые поверхности которого нанесены эффективные количества меди, палладия и золота

Изобретение относится к новому способу получения катализатора для парофазной реакции этилена, кислорода и уксусной кислоты с образованием винилацетата, в котором указанный катализатор включает металлический палладий и золото, осажденные на подходящем пористом носителе

Изобретение относится к области электротехники, связанной с разработкой электрохимических генераторов тока и может быть использовано при изготовлении активного катализатора с высокой коррозионной устойчивостью, предназначенного для формирования кислородного электрода топливного элемента, работающего со щелочным электролитом

Наверх