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

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.

При м.е р . 1. Образцы гомогенного сплава состава серебро - 5 мае. % золота готовят путем сплавления в тигле в защитной атмосфере расчетных количеств указан- ных металлов, С целью приготовления катализатора этот сплав распыляют известным способом в дистиллированной воде при помощи электрических разрядов, Полученный высокодисперсный порошок отфильтровывают, 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 напресеования ее в количестве 50 мг/см2 на никелевую пористую подложку при давлении 500 МПа. Как показали анализы, состав частиц катализатора в электродах соответствует соотношению металлов в шихте при изготовлении сплава.

Примеры 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 М водный раствор гидроксида калия (КОН). За меру активности принималось напряжение кислородного электрода по отношению к платиносодеращему водородному электроду при нагрузке 0,2 А в пересчете

на 1 см2 его геометрической поверхности.

Коррозионная устойчивость таких элек- . тродов определялась по известной методике в 9 М растворе КОН при 363-373 К в диапазоне всех возможных потенциалов ра

боты кислородного электрода в топливном элементе. За меру коррозионной устойчиЕО- стй катализаторов принималась максимальная скорость их растворения, рассчитанная по скорости накопления серебра в растворе

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 составе 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.

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

Как видно из таблицы, катализаторы, кислородного электрода заявленного состава 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.%. /

Уменьшение количества золота в сплаве ниже 10 мае; % ведет к уменьшению активности и коррозионной стойкости катализатора, а увеличение количества золота в сплаве выше 70 мае. % - к снижению

активности катализатора, хотя его коррозионная устойчивость при этом существенно увеличивается.

Использование заявляемого катализатора кислородного электрода позволит значитёльно увеличить удельную мощность ЭХГ за счет возможности эксплуатации его в матричных топливных элементах при повышенных температуре и концентрации электролита; увеличить срок эксплуатации

топливных элементов за счет высокой коррозионной стойкости катализатора.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

Катализатор кислородного электрода для топливного элемента со щелочным электролитом, представляющий собой сплав зо-: лота и серебра, отличающийся тем, что катализатор содержит указанные метал- лы при следующем соотношении, мае. %: .

Золото v Серебро

10-70 30-90

при этом катализатор представляет собой гомогенный твердый раствор указанных металлов.

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 серебросодержа- щего катализатора. Истинный твердый раствор этих металлов определенного состава формируется при повышенных темпе00 VJ VI О О 00