Воздушный электрод химического источника тока с электрокатализатором восстановления кислорода
Владельцы патента RU 2419920:
Воржев Владимир Фёдорович (RU)
Стекольникова Наталья Михайловна (RU)
Стекольников Юрий Александрович (RU)
Мамонтова Юлия Евгеньевна (RU)
Изобретение относится к воздушным электродам для химических источников тока и может быть использовано в области электротехники. Согласно изобретению воздушный электрод химического источника тока состоит из защитного гидрофобного слоя из гидрофобизированной ацетиленовой сажи, активного слоя, при этом в состав активного слоя дополнительно введены продукты конденсации этилендиамина и формальдегида, ацетата кобальта на углеродной матрице как электрокатализаторы восстановления кислорода в количестве 10 об.% от объема активной массы. Техническим результатом является высокие стабильные электрические характеристики. 1 табл.
При создании газодиффузионных электродов необходимо получить хороший электрокатализатор восстановления кислорода и обеспечить его максимальную эффективность работы, так как воздушные электроды работают в режиме электрокатализа, а реакции электровосстановления кислорода протекают с низкими скоростями. Характеристики воздушного электрода зависят не только от транспортных затруднений по доставке кислорода, но и от поверхности и каталитической активности используемого катализатора. Выполнение этих условий зависит не только от качества и способа приготовления гидрофобизированного углеродного материала, но и от природы и способа изготовления электрокатализатора.
Изобретение относится к воздушным электродам для химических источников тока и может быть использовано в области электротехники. Согласно изобретению воздушный электрод химического источника тока состоит из запорного слоя из гидрофобизированной ацетиленовой сажи, мелкодисперсного угля марки СИТ в активном слое, в состав которого введены продукты пиролиза ацетата кобальта, этилендиамина и формальдегида как электрокатализаторы восстановления кислорода.
Известны химические источники тока со щелочным электролитом, содержащие катализаторы восстановления кислорода в составе активной массы на основе соединений благородных и тяжелых металлов (Pt, Мо, Mn, Ni, Co). Недостатком таких электродов является сложная технология изготовления, высокая стоимость и все же нестабильные электрические характеристики [1, 2].
Известен воздушный электрод, наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности, содержащий гидрофобизированную ацетиленовую сажу (запорный слой) и активный слой из смеси гидрофобизированной ацетиленовой сажи и каталитически активного мелкокристаллического угля.
Воздушный электрод представляет собой пористую двухслойную пластину. Со стороны воздуховодного отверстия в роли газораспределительной мембраны и запорного слоя по отношению к воде и СО2 применяется гидрофобизированная ацетиленовая сажа. Слой активной стороны состоит из гидрофобизированной ацетиленовой сажи мелкодисперсного каталитически активного угля. Давление прессования около 4 т/см2 [1, 2].
Целью изобретения является создание электрода, обладающего высокими стабильными электрическими характеристиками.
Согласно изобретению цель достигается за счет использования в известном воздушном электроде электрокатализатора восстановления кислорода на основе продуктов пиролиза этилендиамина и формальдегида на углеродном носителе с добавкой ацетата кобальта [2]. Электрокатализатор образуется во время термообработки шихты при условии нахождения частиц угля, ацетата кобальта, этилендиамина и формальдегида в соприкосновении (уголь +10% об.% смеси (ацетат кобальта: этилендиамин: формальдегид - 1:1:1 мольные доли). Введение в состав катода продуктов конденсации этилендиамина и формальдегида d-металла (кобальта) осаждением их на высокоповерхностные угли с последующей термообработкой позволяет получить высокоэффективные катализаторы восстановления кислорода. Кинетические параметры электровосстановления кислорода на полученных катализаторах с продуктами конденсации этилендиамина и формальдегида с кобальтом приведены в таблице. Наиболее активные катализаторы получены при соотношении этилендиамин: формальдегид от 1:1 до 1:2 (таблица).
| Кинетические параметры электрокаталитического восстановления кислорода на катализаторах - продуктах пиролиза этилендиамина и формальдегида с кобальтом на угле при 800°С в Ar состава [СИТ-1+10%/Со:En:CH2O/] в I M КОН при 20°С | |||||
| №№ пп |
моль/моль |
ESt·∂Ag/AgCl | j0 в, мА/г | ∂E/∂Lg j0, В | |
| b1 | b2 | ||||
| 1 | 1;0,5 | -0,016 | 0,87 | 0,042 | 0,085 |
| 2 | 1:0,7 | -0,045 | 5,10 | 0,042 | 0,038 |
| 3 | 1:1 | -0,030 | 7,94 | 0,048 | 0,083 |
| 4 | 1:1,5 | -0,022 | 6,31 | 0,051 | 0,091 |
| 5 | 1:2 | -0,022 | 13,80 | 0,058 | 0,117 |
Введение электрокатализатора в состав активной массы катодной таблетки в количестве 10 об.%, смешение с активной массы и прессование при давлении 4000 кг/см2 позволяют создать пористую структуру без транспортных затруднений по доставке кислорода и обеспечить эффективную работу катализатора на границе раздела (газ-катализатор-электролит). По указанной схеме получены газодиффузионные электроды с плотностью тока 150 mA/см2 при поляризации 250 мВ.
Источники информации
1. Кублановский B.C., Пирский Ю.К. / Синтез электрокатализаторов восстановления кислорода. // Тезисы докладов I Укр.-рос. конференции «Газофазное получение новых функциональных материалов и пленок». Ужгород. - 1989. - с.18-20.
2. А.С. №2366039 (Россия), Н01М 4/96, 2009.
Воздушный электрод химического источника тока, состоящий из защитного гидрофобного слоя из гидрофобизированной ацетиленовой сажи, активного слоя, отличающийся тем, что в состав активного слоя дополнительно введены продукты конденсации этилендиамина и формальдегида, ацетата кобальта на углеродной матрице как электрокатализаторы восстановления кислорода в количестве 10 % от объема активной массы.
