Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом Советский патент 1993 года по МПК B01J23/89 H01M4/52 

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

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

Никель11-14 Золото 86-89 Исключение углерода из состава катализатора позволило значительно поднять коррозионную стойкость 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. Следует отметить, что готовя сплав в определенном соотношении из двух малоактивных, но коррозионноустой00

о

ON

О

о о

00

чивых металлов золота и никеля, получаем активный и коррозионноустойчивый катализатор электровосстановления кислорода в щелочном электролите.

Для экспериментальной проверки заяв- ляемого состава были подготовлены варианты катализаторов с различным содержанием в них никеля и золота, девять из которых .приведены в таблице. Образцы катализаторов готовились путем сплавления никеля и 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- тывали и готовили из такой смеси электроды путем напрессовывания ее на никелевую подложку 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 использовании в качестве электролита 9М водного 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 водородному электроду при нагрузке 0,2 А в пересчете на 1 см его геометрической, поверхности. I

Коррозионная устойчивость таких элек- 35 тродов определялась по известной-методи- ке в 9М водном растворе гидроксида калия. при температуре 363-373 К в диапазоне. всех возможных потенциалов работы кисло-; .родного электрода в топливном элементе. 40 За меру коррозионной устойчивости катализаторов принималась максимальная скорость их растворения, рассчитанная по скорости накопления этих металлов в растворе электролита. Концентрация золо та и 45 никеля в растворах определялась с точно50 5

0

5

0

5

0

стью до 0,1 мг/л, но ни в одном из образцов при указанных потенциалах концентрация указанных элементов не превысила предел обнаружения.

Экспериментальные данные по испытанию 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 со 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 .1.1 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 эксплуатации его в матричных топливных элементах при повышенных температуре и концентрации электролита;i i.

- существенно увеличить срок эксплуатации топливный элементов за счет уникальной коррозионной стойкости катализатора. Формула изобретения Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом, представляющий собой сплав ни- 1 кеяя и золота, отличающийся тем, что катализатор содержит указанные металлы при следующем соотношении, мас.%: Никель- 11-14 Золото 86-89

Продолжение таблицы.

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