Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления


C25B9/04 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2388849:

Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (RU)

Изобретение относится к коллектору тока и способу его изготовления и может быть использовано в электрохимических устройствах. Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом, состоящий из спеченного титанового порошка сферической формы, выполнен многослойным. Первый слой содержит однородные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷20 мкм, а последующие слои содержат различные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷250 мкм. Максимальный размер частиц в каждом последующем слое больше максимального размера частиц предыдущего слоя, причем содержание в слоях частиц с размером 5÷20 мкм снижается от 100% мас., в первом слое до 5-10% мас. в последнем слое. Способ изготовления указанного коллектора включает послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев, причем после засыпки каждого слоя осуществляют промежуточное его спекание при 800-950°С, а затем проводят окончательное спекание всех слоев при 1000-1200°С. Изобретение позволяет улучшить пористую структуру коллектора и повысить эффективность работы электрохимических систем. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

 

Настоящие изобретения относятся к коллектору тока и способу его изготовления. Коллекторы тока используются в электрохимических устройствах, в частности в электролизерах воды, предназначенных для получения водорода и кислорода, а также в топливных элементах с твердым полимерным электролитом.

Известны коллекторы тока на основе спеченной губки или титанового порошка сферической формы, состоящие из нескольких слоев различного фракционного состава, причем каждый из слоев имеет однородный фракционный состав, а именно один слой состоит из мелких частиц, другой из средних, а третий из крупных частиц (см. ЕР №1361010, B01D 39/20, 2003; ЕР №1683594, B22F 5/00, 2006).

Известен способ получения коллектора тока, включающий послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев при температурах 650-1200°С (см. ЕР №1361010, B01D 39/20, 2003).

Недостатком известных коллекторов тока является ограниченный поток воды по направлению к полимерной мембране вследствие неоптимальной пористой структуры коллекторов. Особенно этот эффект проявляется при работе электролизера воды при высоких плотностях тока (более 2 А/см2), в электролизных системах с катодной подачей воды. Кроме того, данное свойство во многом снижает параметры работы электрохимической системы с твердым полимерным электролитом в режиме обратимого топливного элемента.

Технический результат, который может быть получен от использования заявленных изобретений, заключается в улучшении пористой структуры коллектора, обеспечивающей решение проблемы водного снабжения электрохимических систем, и повышение эффективности их работы.

Указанный технический результат достигается при использовании коллектора тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом из спеченного титанового порошка сферической формы, выполненный многослойным, причем первый слой порошка, который располагается к мембране, имеет однородные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷20 мкм, а последующие слои содержат различные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷250 мкм, при этом максимальный размер частиц в каждом последующем слое больше максимального размера частиц предыдущего слоя, а содержание в слоях частиц с размером 5÷20 мкм снижается от 100% мас. в первом слое до 5-10% мас. в последнем слое.

Способ изготовления коллектора тока включает послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев, при этом после засыпки каждого слоя осуществляют промежуточное его спекание при 800-950°С и затем проводят окончательное спекание всех слоев при 1000-1200°С.

Промежуточное и окончательное спекание осуществляют без нагружения, при этом промежуточное спекание осуществляют в течение 15-20 мин, а окончательное спекание проводят в течение 50-60 мин.

Способ изготовления коллектора тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом поясняется следующим примером.

Засыпают первый слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0 фракции 10 мкм в форму, толщина слоя составляет ≈0,04 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 15 мин без нагружения.

Засыпают второй слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего на 15% мас. из фракции 5 мкм, 15% мас.% из фракции 20 мкм и на 70% мас.% из фракции 50 мкм, в форму поверх первого слоя, толщина слоя составляет ≈0,1 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание второго слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 20 мин без нагружения.

Засыпают третий слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего на 20% мас. из фракции 20 мкм, 30% мас.50 мкм и на 50% мас. из фракции 125 мкм, в форму поверх второго слоя, толщина третьего слоя ≈0,2 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание третьего слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 15 мин без нагружения.

Засыпают четвертый слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего на 5% мас. из фракции 20 мкм, 15% мас. из фракции 50 мкм и на 80% мас. из фракции 200 мкм, в форму поверх третьего слоя, толщина четвертого слоя составляет ≈0,4 мм. Производят выравнивание слоя пресс-шайбой и осуществляют предварительное спекание четвертого слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5·10-3 Па) или в среде инертного газа при температуре 920-940°С в течение 15 мин без нагружения.

Затем проводят окончательное спекание образца коллектора тока с бипористой структурой в вакуумной печи (вакуум не хуже 5·10-3 Па или в среде инертного газа) при температуре 1060-1080°С в течение 60 мин без нагружения. После остывания извлекают образец из формы.

Полученный коллектор тока имеет бипористую структуру, т.е. в нем имеются системы пор с различными диаметрами, обеспечивающие заполнение пор водой при различных режимах работы. Такой эффект достигается оптимизированным распределением пористой структуры в поперечном сечении за счет использования в слоях титанового порошка переменного фракционного состава от 5 до 250 мкм.

1. Коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом, состоящий из спеченного титанового порошка сферической формы, выполненный многослойным, отличающийся тем, что первый слой имеет однородные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷20 мкм, а последующие слои содержат различные по размеру частицы порошка, выбранные из интервала 5÷250 мкм, при этом максимальный размер частиц в каждом последующем слое больше максимального размера частиц предыдущего слоя, а содержание в слоях частиц с размером 5÷20 мкм снижается от 100 мас.%, в первом слое до 5-10 мас.% в последнем слое.

2. Способ изготовления коллектора тока по п.1, включающий послойную засыпку титанового порошка в форму и последующее спекание слоев, отличающийся тем, что после засыпки каждого слоя осуществляют промежуточное его спекание при 800-950°С и затем проводят окончательное спекание всех слоев при 1000-1200°С.

3. Способ изготовления коллектора тока по п.2, отличающийся тем, что промежуточное и окончательное спекание осуществляют без нагружения.

4. Способ изготовления коллектора тока по п.2, отличающийся тем, что промежуточное спекание осуществляют в течение 15-20 мин, а окончательное спекание проводят в течение 50-60 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к угольным плоским штекерным (разъемным) коллекторам, а также к способам их изготовления. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, для топливных насосов. .

Изобретение относится к способу изготовления коллектора. .
Изобретение относится к области электрических машин. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашиностроении при изготовлении коллекторов электрических машин. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к коллекторам для электрических машин. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к полуфабрикатам электротехнического назначения, изготовляемым из меди и медных сплавов. .
Изобретение относится к металлургии, а именно, к сплавам для профилей коллекторов электрических машин. .

Изобретение относится к станкам, предназначенным для продораживания якорных коллекторов электрических машин постоянного тока. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления продороженных коллекторов электрических машин. .

Изобретение относится к полярной пластине, в частности к концевой пластине или биполярной пластине для топливного элемента, а также к завершающему узлу и повторяющемуся узлу для батареи топливных элементов, а также к самой батарее топливных элементов.

Изобретение относится к пластине топливного элемента с ионообменной мембраной, предназначенного для установки на автомобиле. .

Изобретение относится к области создания эффективных химических источников тока, обеспечивающих непосредственное преобразование окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию, минуя малоэффективный (идущий с большими потерями) процесс горения.

Изобретение относится к способу получения металлостеклянных и металлокерамических соединений и соединений металл-металл, используемых в твердооксидных топливных элементах.

Изобретение относится к топливному элементу, имеющему сепаратор. .

Изобретение относится к установкам с твердооксидным топливным элементом. .

Изобретение относится к конструкции топливного элемента и к конструкции сепаратора топливного элемента. .

Изобретение относится к топливным элементам (ТЭ) с твердым полимерным электролитом. .

Изобретение относится к коллектору тока и способу его изготовления и может быть использовано в электрохимических устройствах

Наверх