RU198021U1 - Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium - Google Patents
Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium Download PDFInfo
- Publication number
- RU198021U1 RU198021U1 RU2019134258U RU2019134258U RU198021U1 RU 198021 U1 RU198021 U1 RU 198021U1 RU 2019134258 U RU2019134258 U RU 2019134258U RU 2019134258 U RU2019134258 U RU 2019134258U RU 198021 U1 RU198021 U1 RU 198021U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- palladium
- hydrogen
- membrane
- electrode
- oxygen
- Prior art date
Links
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 89
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 238000005363 electrowinning Methods 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 150000002940 palladium Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DKIDEFUBRARXTE-UHFFFAOYSA-N 3-mercaptopropanoic acid Chemical compound OC(=O)CCS DKIDEFUBRARXTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/94—Non-porous diffusion electrodes, e.g. palladium membranes, ion exchange membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электрохимии, а именно к устройству конструкционных элементов водородных насосов и кислородно-водородных топливных элементов, конкретно к устройству водородных электродов. Электрод включает палладиевую мембрану 1, выполненную в виде фольги, толщиной 1-30 мкм. На обе стороны мембраны 1 нанесен слой дисперсного покрытия в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятилепестковых цветов 2. Палладиевая мембрана 1, с одной стороны методом контактной точечной сварки - точки 3, закреплена на поверхности пористой металлической основы 4. Основа 4 металлически и электрически контактирует с металлической газораспределительной плитой 5. В объеме и на поверхности плиты 5 со стороны мембраны 1 сформирована система газораспределительных (продувочных) каналов 6, оканчивающаяся концевыми газовыми штуцерами 7 с кранами. На основе электрода предлагаемого устройства можно создавать кислородно-водородные топливные элементы и водородные насосы, с уменьшенным содержанием драгоценного палладия и с более стабильными во времени электрическими характеристиками - удельной мощностью. 4 ил.The utility model relates to the field of electrochemistry, namely to the device of structural elements of hydrogen pumps and oxygen-hydrogen fuel cells, specifically to the device of hydrogen electrodes. The electrode includes a palladium membrane 1 made in the form of a foil with a thickness of 1-30 microns. On both sides of the membrane 1, a dispersed coating layer is applied in the form of stable nanosized crystallites of palladium in the form of five-petal colors 2. The palladium membrane 1, on the one hand, by spot welding is a point 3, is fixed on the surface of a porous metal base 4. The base 4 is metallic and electrically contacted with a metal gas distribution plate 5. In the volume and on the surface of the plate 5 from the side of the membrane 1, a system of gas distribution (purge) channels 6 is formed, ending with gas end fittings 7 with valves. Based on the electrode of the proposed device, it is possible to create oxygen-hydrogen fuel cells and hydrogen pumps, with a reduced content of precious palladium and with more stable electrical characteristics in time - specific power. 4 ill.
Description
Заявляемое техническое решение относится к области электрохимии, а именно к устройству конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к устройству водородных электродов.The claimed technical solution relates to the field of electrochemistry, namely to the device of structural elements of hydrogen pumps and fuel cells, specifically to the device of hydrogen electrodes.
Актуальной задачей развития альтернативной энергетики является разработка кислородо-водородного топливного элемента с цельнометаллическим содержащим палладий водородопроницаемым водородным электродом, работающих при низких (20-100°С) температурах. Это позволит использовать в топливном элементе жидкий электролит и приведет (за счет изменения трехфазной границы газ - металл токоотвода - электролит на двухфазную палладиевый сплав - электролит) к улучшению вольтамперных характеристик элемента, снижению поляризации, уменьшению внутреннего сопротивления и к увеличению удельной мощности. Кроме того, палладий является катализатором электродного процесса по всей двухфазной границе, поэтому не требуется дополнительного нанесения катализатора. Также возможно применение водородного электрода в составе двухэлектродной ячейки с протоносодержащим электролитом в составе водородного насоса или компрессора [К.А. Джусь, И.Г. Штатный, С.А. Григорьев / Наноструктурные электрокатализаторы для водородного компрессора с твердым полимерным электролитом // Вестник МИТХТ Химия и технология неорганических материалов», 2009, т. 4, №6 (90)]An urgent task in the development of alternative energy is the development of an oxygen-hydrogen fuel cell with an all-metal palladium-containing hydrogen-permeable hydrogen electrode operating at low (20-100 ° C) temperatures. This will make it possible to use liquid electrolyte in the fuel cell and (due to a change in the three-phase gas – current collector – electrolyte to two-phase palladium alloy – electrolyte interface) to improve the current-voltage characteristics of the cell, decrease the polarization, decrease the internal resistance, and increase the specific power. In addition, palladium is a catalyst for the electrode process along the entire two-phase boundary, therefore, additional deposition of the catalyst is not required. It is also possible to use a hydrogen electrode in a two-electrode cell with a proton-containing electrolyte in a hydrogen pump or compressor [K.A. Jus, I.G. Staffing, S.A. Grigoriev / Nanostructured electrocatalysts for a hydrogen compressor with a solid polymer electrolyte // Vestnik MITT Chemistry and Technology of Inorganic Materials ", 2009, v. 4, No. 6 (90)]
Палладий и его сплавы применяют для получения мембран, способных пропускать газообразный водород [Rothenberger K.S., Cugini A.V., Howard В.Н., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68.]. Такие мембраны имеют рабочие температуры в интервале 200-800°С, так как в первую очередь предназначены для разделения высокотемпературных водородных смесей получаемых пирогенетическими методами из органических водородосодержащих топлив. Из-за их высокой проницаемости и селективности по сравнению с другими материалами, металлические водородопроводящие мембраны при высоких температурах остаются предметом интенсивных исследований. Легирование палладия влияет на диффузию водорода внутри мембраны, на скорость растворения и выделения атомов водорода, на рекомбинацию и диссоциацию молекул и, в меньшей степени, на адсорбцию и десорбцию.Palladium and its alloys are used to produce membranes capable of passing hydrogen gas [Rothenberger K.S., Cugini A.V., Howard V.N., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68.]. Such membranes have operating temperatures in the range of 200-800 ° C, as they are primarily intended for the separation of high-temperature hydrogen mixtures obtained by pyrogenetic methods from organic hydrogen-containing fuels. Due to their high permeability and selectivity compared to other materials, metal hydrogen-conducting membranes at high temperatures remain the subject of intensive research. Doping with palladium affects the diffusion of hydrogen inside the membrane, the rate of dissolution and evolution of hydrogen atoms, the recombination and dissociation of molecules, and, to a lesser extent, adsorption and desorption.
Основными характеристиками палладиевых мембран для выделения водорода из газовых смесей являются скорость проникновения водорода через мембрану, ее прочность и стойкость при эксплуатации. Для мембраны же выполняющей роль диффузионного электрода добавляется важная характеристика скорость электроэкстракции растворенного водорода на границе мембрана/электролит.The main characteristics of palladium membranes for the evolution of hydrogen from gas mixtures are the rate of hydrogen penetration through the membrane, its strength and durability during operation. For the membrane acting as a diffusion electrode, an important characteristic is added: the rate of electroextraction of dissolved hydrogen at the membrane / electrolyte interface.
Процесс водородопроницаемости палладия и его сплавов состоит из трех основных стадий [Байчток Ю.К., Соколинский Ю.А., Айзенбуд М.Б. / О лимитирующей стадии проницаемости водорода через мембраны из палладиевых сплавов. // Журнал физической химии. 1976. Т. 50. N 6. С. 1543-1546.]:The process of hydrogen permeability of palladium and its alloys consists of three main stages [Baychtok Yu.K., Sokolinsky Yu.A., Aizenbud MB / On the limiting stage of hydrogen permeability through membranes from palladium alloys. // Journal of physical chemistry. 1976. T. 50.
диссоциация водорода на входной поверхности мембраны, протекающая со скоростью νi;hydrogen dissociation at the input surface of the membrane, proceeding with a speed ν i ;
диффузия атомарного водорода через мембрану, протекающая со скоростью νД,atomic hydrogen diffusion through the membrane, flowing at a speed of ν D ,
рекомбинация атомов водорода в молекулы на выходной стороне мембраны, протекающая со скоростью νо.the recombination of hydrogen atoms into molecules on the output side of the membrane, proceeding at a speed of ν about .
Лимитирование той или иной стадии является предметом многочисленных исследований и зависит от многих факторов, например в случае особо чистого водорода лимитирующей является стадия диффузии, а в случае незначительных примесей серы, углеводородов и т.д. лимитирующими становятся стадии диссоциации на газовой стороне мембраны и(или) электроэкстракции на электролитной стороне. Последний случай является наиболее вероятным для патентуемого мембранного электрода, так как он будет работать не на чистом водороде. В таких условиях повысить скорость переноса водорода через мембрану можно модификацией поверхности палладиевой мембраны специальными «водородными переносчиками» повышающими скорости диффузии водорода на газовой стороне мембранного электрода и электроэкстракции на электролитной стороне.Limiting one stage or another is the subject of numerous studies and depends on many factors, for example, in the case of very pure hydrogen, the diffusion stage is limiting, and in the case of minor impurities of sulfur, hydrocarbons, etc. the limiting stages are dissociation on the gas side of the membrane and (or) electroextraction on the electrolyte side. The latter case is most likely for the patented membrane electrode, since it will not work on pure hydrogen. Under such conditions, it is possible to increase the rate of hydrogen transfer through the membrane by modifying the surface of the palladium membrane with special “hydrogen carriers” that increase the rates of hydrogen diffusion on the gas side of the membrane electrode and electroextraction on the electrolyte side.
Уровень техники мембранных металлических электродов представлен рядом патентов: US Patents №№7955491; 9044715; 8778058; 8119205; 7611565; 7255721; 7022165; 9246176; RU патентми на полезную модель №74242; 187061 патентами на изобретения №№2256981; 2334310;The prior art of membrane metal electrodes is represented by a number of patents: US Patents No. 7955491; 9044715; 8778058; 8,119,205; 7,611,565; 7255721; 7,022,165; 9,246,176; RU patents for utility model No. 74242; 187061 patents for inventions No. 2252581; 2,334,310;
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является патент RU №187061 «Водородный электрод из тонкой модифицированной палладиевой пленки».The closest technical solution to the claimed is the patent RU No. 187061 "Hydrogen electrode from a thin modified palladium film."
Согласно прототипу заявлен водородный электрод для кислородно-водородного топливного элемента, включающий пористую никелевую основу с нанесенной на нее активной массой в виде тонкой палладиевой пленки, выполняющей роль мембраны.According to the prototype, a hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell is claimed, comprising a porous nickel base with an active mass deposited on it in the form of a thin palladium film acting as a membrane.
Мембрана с двух сторон покрыта слоем из палладиевой черни и при этом мембрана с модифицированной пленкой палладия закреплена контактной точечной сваркой на пористой никелевой основе.The membrane is coated on both sides with a palladium black layer and the membrane with the modified palladium film is fixed by spot welding on a porous nickel base.
Основными недостатками описанного электрода являются:The main disadvantages of the described electrode are:
Высокая толщина слоя нанопокрытия, приводящая к большому расходу драгоценного палладия, а также сравнительно низкая каталитическая активность покрытия из нанозвезд, являющаяся следствием низкой концентрации каталитических центров вследствие особенностей роста для данной геометрической формы нанокристалла. [В. Kharisov, О. Kharissova,
Технической задачей является создание водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов и водородных насосов с улучшенными и более стабильными во времени электрическими характеристиками, а именно удельной мощностью, при сокращении удельного расхода дорогостоящего палладия.The technical task is to create a hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cells and hydrogen pumps with improved and more stable over time electrical characteristics, namely specific power, while reducing the specific consumption of expensive palladium.
Для решения технической задачи предлагается в водородном электроде для кислородно-водородного топливного элемента, включающем пористую никелевую основу с закрепленной на ней контактной точечной сваркой тонкой палладиевой мембраной, покрытой с двух сторон слоем палладиевой черни выполнить слой дисперсного покрытия из устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятилепестковых цветов, лепестки которых представляют собой четырехугольные бипирамиды размером от 500*250 до 100*50 нм толщиной 20-60 нм.To solve the technical problem, it is proposed in the hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell, including a porous nickel base with a spot palladium membrane fixed to it by contact spot welding, coated on both sides with a palladium black layer, to make a dispersed coating layer of stable nanosized palladium crystallites in the form of five-petal colors whose petals are quadrangular bipyramids ranging in size from 500 * 250 to 100 * 50 nm with a thickness of 20-60 nm.
На фиг. 1 изображен заявляемый водородный электрод в разрезе. На фиг. 2. приведено изображение мембраны покрытой слоем дисперсного покрытия в виде устойчивых пятилепестковых наноцветов. На фиг. 3 и 4 соответственно представлены графические зависимости иллюстрирующие падение удельной мощности электродов с покрытием из палладиевых пятиконечных нанозвезд и пятилепестковых наноцветов во времени.In FIG. 1 shows the inventive hydrogen electrode in section. In FIG. 2. The image of a membrane coated with a layer of dispersed coating in the form of stable five-petalled nanoflowers is shown. In FIG. Figures 3 and 4 respectively represent graphical dependences illustrating the drop in the specific power of electrodes coated with palladium five-pointed nanostars and five-petalled nanocrystals in time.
Электрод фиг. 1 включает содержащую палладий мембрану 1 выполненную в виде фольги толщиной 1-30 мкм. На обе стороны мембраны 1 нанесен слой дисперсного покрытия (фиг. 2) в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятилепестковых цветов 2. Палладиевая фольга 1, с одной стороны методом контактной точечной сварки - точки 3, закреплена на поверхности пористой металлической основы 4. Основа 4 металлически и электрически контактирует с металлической газораспределительной плитой 5. В объеме и на поверхности плиты 5 со стороны мембраны 1 сформирована система газораспределительных (продувочных) каналов 6 оканчивающаяся концевыми газовыми штуцерами 7 с кранами.The electrode of FIG. 1 includes a palladium-containing
Работа устройства осуществляется следующим образом:The operation of the device is as follows:
Водородный электрод в составе топливного кислородно-водородного элемента приводится в контакт с жидким, матричным или полимерным электролитом со стороны противоположной металлической плите 5 таким образом, чтобы модифицирующее покрытие на электролитной стороне служило электрокатализатором электродного процесса окисления водорода. Путем открытия кранов на концевых газовых штуцерах 7 осуществляется продувка системы газораспределительных каналов 6 и пор пористой никелевой пластины 4 водородом. Через определенное время, когда в системе газораспределительных каналов 6 и порах пористой никелевой пластины остается чистый водород, один из кранов выходного штуцера 7 закрывается и система переходит в рабочий режим. Водород, поступающий через поры пористой никелевой пластины 4, подается к газовой поверхности палладий содержащей мембраны покрытой палладиевой чернью, которая хемосорбирует водород на поверхности своих частиц и ускоряет его поступление в объем палладиевой мембраны - абсорбцию. Далее абсорбированный водород диффундирует через фазу палладиевой мембраны и на электролитной поверхности покрытой порошком модификатора переходит в адсорбированную атомную фазу. Затем адсорбированный водород вступает в электродную реакцию на границе пористый металл/электролит с образованием протонсодержащих частиц в электролите и отдачей электронов во внешнюю цепь на нагрузку через металлическую плиту 5, которая также является токоотводом.The hydrogen electrode in the fuel oxygen-hydrogen element is brought into contact with a liquid, matrix or polymer electrolyte from the side of the
Мембрана электрода может быть изготовлена путем прокатки палладия или его сплава с промежуточными вакуумными отжигами до толщины 1-30 мкм, с последующим покрытием обеих ее поверхностей слоем дисперсного покрытия в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятилепестковых «цветов», с последующим соединением покрытой палладиевой пленки с пористой металлической никелевой основой, путем точечной контактной сварки.The electrode membrane can be made by rolling palladium or its alloy with intermediate vacuum annealing to a thickness of 1-30 microns, followed by coating both its surfaces with a dispersed coating layer in the form of stable nanoscale crystallites of palladium in the form of five-petal “colors”, followed by joining the coated palladium film with porous metal nickel base, by spot welding.
Слой дисперсного покрытия в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятилепестковых «цветов» может быть создан и закреплен известными способами синтеза [В. Kharisov, О. Kharissova,
Линейный размер кристаллитов палладиевых нанозвезд оценивается в пределах 30-100 нм. Толщина слоя палладиевых нанозвезд оценивается в пределах 500-1000 нм. Линейный размер кристаллитов палладиевых наноцветов составляет от 500⋅250 до 100⋅50 нм, а толщина слоя составляет 20-60 нм, за счет малой высоты кристаллитов. Таким образом, при росте средней площади кристаллитов в 10-20 раз, толщина нанодисперсного покрытия снижается в 15-25 раз, а соответственно уменьшается в 1,5-2 раза объем и содержание палладия в слое дисперсного покрытия.The linear crystallite size of palladium nanostars is estimated at 30-100 nm. The thickness of the layer of palladium nanostars is estimated at 500-1000 nm. The linear crystallite size of palladium nanocrystals is from 500–250 to 100–50 nm, and the layer thickness is 20–60 nm, due to the low crystallite height. Thus, with an increase in the average crystallite area by 10–20 times, the thickness of the nanodispersed coating decreases by 15–25 times, and accordingly, the volume and content of palladium in the dispersed coating layer decreases by 1.5–2 times.
Сравнение долговременных характеристик удельной мощности электродов модифицированных палладиевыми нанозвездами фиг. 3 с удельной мощностью электродов с покрытием в виде пятилепестковых наноцветов (фиг. 4) измеренных в составе водородного электрохимического насоса (фиг 2) из двух исследуемых водородных электродов, как зависимость максимальной удельной мощности от времени показало, что начальная максимальная удельная мощность для водородного электрода с модификатором в виде наноцветов палладия на 15% выше, чем для водородного электрода с дисперсным покрытием в виде палладиевых нанозвезд. При этом, относительная крутизна графика для дисперсного покрытия из наноцветов палладия 7,6% падения максимальной удельной мощности за 95 часов работы практически идентична и для покрытия из нанозвезд, что говорит о достижении заявленных целей технической задачи.A comparison of the long-term characteristics of the specific power of the electrodes modified with palladium nanostars of FIG. 3 with a specific power of electrodes coated in the form of five-petalled nanocrystals (Fig. 4) measured in a hydrogen electrochemical pump (Fig 2) from two studied hydrogen electrodes, as the dependence of the maximum specific power on time showed that the initial maximum specific power for a hydrogen electrode with modifier in the form of palladium nanocrystals is 15% higher than for a dispersed-coated hydrogen electrode in the form of palladium nanostars. At the same time, the relative slope of the graph for a dispersed coating of palladium nanoflowers of a 7.6% drop in maximum specific power over 95 hours of operation is almost identical for a coating of nanostars, which indicates the achievement of the stated objectives of the technical task.
На основе электрода предлагаемого устройства можно создавать кислородно-водородные топливные элементы и водородные насосы, с уменьшенным содержанием драгоценного палладия и более высокими эксплуатационными характеристиками во времени, в частности, удельной мощностью.Based on the electrode of the proposed device, it is possible to create oxygen-hydrogen fuel cells and hydrogen pumps with a reduced precious palladium content and higher performance characteristics in time, in particular, specific power.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019134258U RU198021U1 (en) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019134258U RU198021U1 (en) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU198021U1 true RU198021U1 (en) | 2020-06-15 |
Family
ID=71095661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019134258U RU198021U1 (en) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU198021U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216310U1 (en) * | 2022-11-23 | 2023-01-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Hydrogen electrode from a thin palladium film modified with core-shell nanoparticles |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011006511A1 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | Danmarks Tekniske Universitet | Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes |
| CN104037440A (en) * | 2014-05-30 | 2014-09-10 | 湖南科技大学 | Membrane-free direct alcohol fuel cell in acid solution and preparation method thereof |
| RU168869U1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM |
-
2019
- 2019-10-24 RU RU2019134258U patent/RU198021U1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011006511A1 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | Danmarks Tekniske Universitet | Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes |
| CN104037440A (en) * | 2014-05-30 | 2014-09-10 | 湖南科技大学 | Membrane-free direct alcohol fuel cell in acid solution and preparation method thereof |
| RU168869U1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216310U1 (en) * | 2022-11-23 | 2023-01-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) | Hydrogen electrode from a thin palladium film modified with core-shell nanoparticles |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Niu et al. | Highly branched Pt–Ni nanocrystals enclosed by stepped surface for methanol oxidation | |
| US8048548B2 (en) | Electrocatalyst for alcohol oxidation at fuel cell anodes | |
| US6517965B1 (en) | Platinum-ruthenium-nickel alloy for use as a fuel cell catalyst | |
| Wu et al. | Peptide templated AuPt alloyed nanoparticles as highly efficient bi-functional electrocatalysts for both oxygen reduction reaction and hydrogen evolution reaction | |
| Rostami et al. | On the role of electrodeposited nanostructured Pd–Co alloy on Au for the electrocatalytic oxidation of glycerol in alkaline media | |
| WO2007114525A1 (en) | Method for manufacturing electrode catalyst for fuel cell | |
| EP2847814B1 (en) | Anode electro-catalysts for alkaline membrane fuel cells | |
| Habibi et al. | Carbon–ceramic supported bimetallic Pt–Ni nanoparticles as an electrocatalyst for oxidation of formic acid | |
| WO2019179530A1 (en) | Platinum-based alloy catalyst and preparation method therefor, membrane electrode, and fuel cell | |
| RU168869U1 (en) | HYDROGEN ELECTRODE FROM THIN MODIFIED PALLADIUM FILM | |
| Ye et al. | The optimal design of Co catalyst morphology on a three-dimensional carbon sponge with low cost, inducing better sodium borohydride electrooxidation activity | |
| Sunitha et al. | Performance evaluation of nickel as anode catalyst for DMFC in acidic and alkaline medium | |
| JP2007123043A (en) | Catalyst layer for polymer electrolyte fuel cell, production method thereof, and polymer electrolyte fuel cell | |
| Ren et al. | Strained lattice platinum–palladium alloy nanowires for efficient electrocatalysis | |
| JPH06196171A (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| CN109802148A (en) | A kind of preparation method of on-vehicle fuel load type platinum rare earth metal cathod catalyst | |
| US12060268B2 (en) | Palladium-platinum system for use as hydrogen storage material and/or electrocatalyst, preferably in fuel-cells | |
| DK2803101T3 (en) | SELECTIVE BRÆNDSELSCELLEELEKTRODEKATALYSATOR, ESPECIALLY FOR ELECTRO REDUCTION OF OXYGEN, electrochemical system CONTAINING THIS, AND USE THEREOF AS WELL AS A METHOD FOR ENHANCING lattice OF METALLIC PALLADIUM | |
| JP2006127979A (en) | Fuel cell electrode catalyst and fuel cell | |
| CN110993967B (en) | A kind of Pt-Ni binary alloy supported CeO2 nanoparticles and preparation method thereof | |
| CN107910562B (en) | Low-cost high-activity trimetal nanocomposite electrode preparation method | |
| Ekrami-Kakhki et al. | Fabrication and evaluation of Pt/M (M= Co, Fe) chitosan supported catalysts for methanol electrooxidation: application in direct alcohol fuel cell | |
| WO2011136186A1 (en) | Electrode material | |
| RU2724609C1 (en) | Method of producing composite hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel elements modified with nanostructured palladium | |
| RU198021U1 (en) | Hydrogen electrode made of palladium film modified with nanostructured palladium |