[go: up one dir, main page]

RU93087U1 - Электрохимическая ячейка для получения кислорода - Google Patents

Электрохимическая ячейка для получения кислорода Download PDF

Info

Publication number
RU93087U1
RU93087U1 RU2009146447/22U RU2009146447U RU93087U1 RU 93087 U1 RU93087 U1 RU 93087U1 RU 2009146447/22 U RU2009146447/22 U RU 2009146447/22U RU 2009146447 U RU2009146447 U RU 2009146447U RU 93087 U1 RU93087 U1 RU 93087U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrochemical cell
polymer electrolyte
solid polymer
oxygen
mixture
Prior art date
Application number
RU2009146447/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Нина Георгиевна Зорина
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем filed Critical Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем
Priority to RU2009146447/22U priority Critical patent/RU93087U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU93087U1 publication Critical patent/RU93087U1/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

Электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, пористые титановые электроды и твердый полимерный электролит, отличающаяся тем, что на поверхность пористых титановых электродов нанесена смесь оксидов на основе празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5, при этом дополнительно на поверхность твердого полимерного электролита нанесена смесь оксидов на основе празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5.

Description

Электрохимическая ячейка относится к области электрохимии, в частности, к технологии и техническим средствам электрохимии и может быть использована в электрохимических производствах и электролизерах для получения кислорода, а также в топливных элементах для получения энергии. Кроме того, предлагаемая электрохимическая ячейка может быть использована в физико-химических системах регенерации газовой среды гермообъектов, в том числе, в космической отрасли в условиях невесомости.
Известна электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, пористые металлические электроды и щелочной электролит на основе водного раствора КОН. Основным недостатком ячейки является наличие примеси паров щелочи в выделяемых газах, что небезопасно при их использовании. Другим недостатком ячеек является нестабильность состава металлических электродов из-за образования на их поверхности оксидных пленок с пониженной электронной проводимостью, что замедляет и нарушает рабочий процесс получения кислорода (Л.М. Якименко Электродные материалы в прикладной электрохимии, 1977, М., Химия).
Известна электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, пористые электроды и твердый керамический электролит на основе двуокиси циркония. Недостатком такой ячейки является наличие высокой рабочей температуры и сложность решения в этой связи технологических проблем. Другим недостатком является длительное время пуска и останова из-за ограничений на градиент температуры при разогреве или остывании (Григорьев А.И., Б.Г., Зорина Н.Г. Электрохимическая ячейка, патент №39744 от 20.04.2004 г.).
Известна электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, пористые металлические электроды с поверхностным слоем на основе сплава платины, иридия и рутения и твердый полимерный электролит.
Недостатками такой ячейки являются нестабильность значений перенапряжения из-за постепенного растворения рутениевого компонента сплава, роста контактного сопротивления на границе «электрод-электролит», малой надежности и стабильности процесса получения кислорода (Бора Т., Сингх Н. Диметилсульфооксидные соединения рутения, ЖНХ, 1977, т.20, с.419-421).
Известна электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, пористые металлические электроды и твердый полимерный электролит. Электроды представляют собой токопроводящую основу с нанесенным подслоем смеси оксидов рутения, титана и олова, и слоем диоксида марганца, получаемого путем анодного осаждения из электролита, в состав которого входят хлорид марганца и соляная кислота.
Недостатками такой ячейки являются постепенное растворение компонента сплава рутения с последующим ростом напряжения, сложность приготовления поверхностного слоя электрода, нестабильность значений каталитической активности двуокиси марганца, высокое контактное сопротивление границы «электрод-электролит», что может привести к снижению надежности и нестабильности процесса получения кислорода и, соответственно, к уменьшению срока службы (Патент 2069239 от 20.11.1996 г., Россия).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, твердый полимерный электролит, покрытый слоем платины, иридия, родия или иридиево-родиевого сплава и пористые титановые электроды, покрытые слоем платины.
Недостатком прототипа является снижение каталитической активности за счет образующегося в процессе работы неактивного оксида платины, что приводит к увеличению напряжения, снижению надежности, нестабильности процесса получения кислорода, а также увеличению его стоимости (Патент №2005122026 от 20.11.2005, Япония).
Технический результат предлагаемого устройства выражается:
- в уменьшении затрат на процесс получения кислорода;
- увеличении срока службы в 2 раза;
- повышении надежности и стабильности работы, благодаря снижению величины контактного сопротивления «электрод-электролит», -снижении в 2 раза скорости коррозии материалов путем применения в качестве каталитических материалов оксида состава Pr0,1 Sr0,9 СоО3.
В основу полезной модели положено создание электрохимической ячейки с твердым полимерным электролитом для получения кислорода из воды, в топливных элементах, в системе регенерации атмосферы гермообъектов различного назначения.
Поставленная задача достигается тем, что электрохимическая ячейка для получения кислорода включает корпус, твердый полимерный электролит, пористые металлические электроды, а согласно полезной модели на поверхность пористых титановых электродов нанесена смесь оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5, а на поверхность поверхности твердого полимерного электролита дополнительно нанесена смесь оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5.
Таким образом, в электрохимической ячейке предложена новая совокупность существенных признаков. Все предложенные признаки существенны, поскольку влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.
Так, например, в предпочтительном варианте рабочая поверхность электродов и рабочая поверхность твердого полимерного электролита активированы смесью оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5, что неизвестно, в связи с чем активация контактирующих поверхностей как пористых титановых электродов, так и твердого полимерного электролита снижает контактное сопротивление «электрод-электролит» и, следовательно, уменьшает затраты на процесс получения кислорода, повышает надежность, стабильность и срок службы.
Кроме этого, исходя из того, что предложенное устройство имеет низкое контактное сопротивление границы «электрод-электролит», появилась возможность снизить напряжение, уменьшить скорость коррозии путем применения оксидного каталитического материала и увеличить длительность срока службы. Ячейка безопасна в использовании, поскольку рабочей средой является вода.
На фиг.1 представлен общий вид электрохимической ячейки с твердым полимерным электролитом.
Устройство изготавливают из: пористого титанового электрода по известной технологии создания пористых металлических изделий (Порошковая металлургия в СССР. История, современное состояние, перспективы, М. Наука, 1986). Активация поверхности пористого титанового электрода смесью оксидов проводится известным методом соосаждения азотнокислых солей, взятых в стехиометрическом соотношении (Танганов Б.Б. Химические методы анализа 2005, Улан-Удэ, изд. ВСГТУ). Активация пористых титановых электродов платиной - методом осаждения хлоплатината на поверхность титана с последующим отжигом, при этом твердый полимерный электролит изготавливают по известной технологии, используемой для полимерных ионитов (Паншин Ю.А., Дрейман Н.А., Андреева А.И., Манечкина О.Н. Свойства перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК, Пластические массы, 1977, №8, с.147-149). Далее, для снижения величины контактного сопротивления границы «электрод-электролит» на поверхность полимерного электролита с незавершенной технологии изготовления термохимическим способом наносят смесь оксидов празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5 с последующим завершением процесса изготовления электролита омылением его в 15% растворе NaOH на водяной бане, восстановлением в 18% растворе азотной кислоты и кипячением в дистиллированной воде.
Схема предлагаемой электрохимической ячейки представлена на фиг.1
Устройство состоит из: корпуса, пористых металлических электродов с поверхностным каталитическим слоем - смесью оксидов состава Pr0,1 Sr0,9 СоО3 в соотношении 0,05:0,45:0,5, токоподводов, твердого полимерного электролита с поверхностным каталитическим слоем состава Pr0,1 Sr0,9 СоО3 в соотношении 0,05:0,45:0,5.
Устройство работает следующим образом:
Пример: дистиллированная вода подается в анодное пространство ячейки, проникает через поры анода (пористый титан) к границе раздела «электрод-твердый полимерный электролит». На границе происходит электроокисление воды с выделением кислорода 2Н2О+4е----О2+4Н+. Кислород удаляется из реакционной зоны через поры электрода. Гидратированные протоны движутся через мембрану к катоду, где происходит их восстановление с выделением газообразного водорода 2Н++2е----Н2.
Величина контактного сопротивления «электрод-электролит» оценивалась по величине импеданса, надежность - по стабильности работы в течение 55 суток, коррозионным свойствам и ресурсу.
Аналогичные измерения проведены с ячейкой по прототипу, включающей пористые титановые электроды и полимерный электролит с каталитическим платиновым покрытием.
Результаты испытаний представлены в табл.1. Электрохимическая ячейка с каталитическим покрытием Рг0,1Sr0,9СоО3 на электродах и полимерном электролите работала непрерывно в течение 55 суток с подпиткой водой со стороны катода и периодически со стороны анода.
Усредненные результаты весовых измерений на титановых анодах показали, что коррозионные потери на предлагаемой электрохимической ячейке ниже в 2 раза. Вольтамперные характеристики ячеек предлагаемой и по прототипу в процессе испытаний с течением времени показывали снижение величины клеммного напряжения, в среднем, на 30%. Величина импеданса определялась при частоте 3000 Гц, ослаблении 40 дБ, напряжении выхода 10 В и максимальной чувствительности. Результаты показали, что импеданс предлагаемой электрохимической ячейки составляет 9,07 Ом, что в 2 раза ниже ячейки по прототипу.
В течение 55 суток ресурсных испытаний предлагаемая ячейка показала стабильные характеристики, т.о. ресурс работы предлагаемой электрохимической ячейки в 55 суток превосходит ресурс ячейки по прототипу в 20 суток - в 2, 1 раза.
Исходя из вышеизложенного, использование нового технического решения показало в процессе испытаний ниже в 2 раза по сравнению с прототипом контактное сопротивление, ниже на 30% величину напряжения, высокую надежность и стабильность показателей процесса получения кислорода, а также более, чем в 2 раза увеличение длительности работы по сравнению с известными электрохимическими ячейками.
Полезная модель может быть использована:
- в топливных элементах;
- космических и подводных регенерационных системах;
- в клинической и профилактической медицине.

Claims (1)

  1. Электрохимическая ячейка для получения кислорода, содержащая корпус, пористые титановые электроды и твердый полимерный электролит, отличающаяся тем, что на поверхность пористых титановых электродов нанесена смесь оксидов на основе празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5, при этом дополнительно на поверхность твердого полимерного электролита нанесена смесь оксидов на основе празеодима, стронция и кобальта в соотношении 0,05:0,45:0,5.
    Figure 00000001
RU2009146447/22U 2009-12-14 2009-12-14 Электрохимическая ячейка для получения кислорода RU93087U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009146447/22U RU93087U1 (ru) 2009-12-14 2009-12-14 Электрохимическая ячейка для получения кислорода

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009146447/22U RU93087U1 (ru) 2009-12-14 2009-12-14 Электрохимическая ячейка для получения кислорода

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU93087U1 true RU93087U1 (ru) 2010-04-20

Family

ID=46275446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009146447/22U RU93087U1 (ru) 2009-12-14 2009-12-14 Электрохимическая ячейка для получения кислорода

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU93087U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU230473U1 (ru) * 2024-11-17 2024-12-05 Общество с ограниченной ответственностью "Краснодарский Компрессорный Завод" (ООО "ККЗ") Ячейка электролизера монополярного типа с протонообменной мембраной для получения водорода

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU230473U1 (ru) * 2024-11-17 2024-12-05 Общество с ограниченной ответственностью "Краснодарский Компрессорный Завод" (ООО "ККЗ") Ячейка электролизера монополярного типа с протонообменной мембраной для получения водорода

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kuleshov et al. Development and performances of a 0.5 kW high-pressure alkaline water electrolyser
KR101082859B1 (ko) 물 가수분해를 위한 귀금속 산화물 촉매
JP7273024B2 (ja) 電解用電極及びその製造方法
Zeradjanin et al. Rational design of the electrode morphology for oxygen evolution–enhancing the performance for catalytic water oxidation
CN112647086B (zh) 一种用于pem水电解池的钛纤维毡阳极扩散层及其制备方法与应用
An et al. An alkaline direct ethanol fuel cell with a cation exchange membrane
Audichon et al. Elaboration and characterization of ruthenium nano-oxides for the oxygen evolution reaction in a Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer supplied by a solar profile
EP3511443B1 (en) Method for producing anode for alkaline water electrolysis and anode for alkaline water electolysis
KR20140108212A (ko) 물의 전기 분해를 위한 귀금속 산화물 촉매
US20160237578A1 (en) Anode for alkaline water electrolysis
NO150532B (no) Anordning ved nivaamaaler
KR101390588B1 (ko) 수소 발생용 활성 음극
Marini et al. Oxygen evolution in alkali with gas diffusion electrodes
KR101566458B1 (ko) 산소 발생 반응 활성 향상 방법 및 이에 사용되는 니켈 촉매
RU93804U1 (ru) Электрохимическая ячейка для получения водорода
Costa et al. Fabrication and characterization of a porous gas-evolving anode constituted of lead dioxide microfibers electroformed on a carbon cloth substrate
JP7659138B1 (ja) 酸素発生電極触媒を含む電極
RU93087U1 (ru) Электрохимическая ячейка для получения кислорода
Hoare Oxygen overvoltage on bright iridium
Audichon et al. Synthesis of RuxIr1-xO2 anode electrocatalysts for proton exchange membrane water electrolysis
JP7621553B2 (ja) 電解用電極及びその製造方法
EP4488415A1 (en) Use of nitinol as a catalyst for the hydrogen evolution reaction
El-Dera et al. Evaluation of the Activity of Metal-Oxides as Anode Catalysts in Direct Methanol Fuel Cell
US20150017554A1 (en) Process for producing transport and storage-stable oxygen-consuming electrode
CN112166514B (zh) 催化剂体系、电极以及燃料电池或电解器

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20141215