ПАЛЛАДИЕВЫЕ НАНОЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРЫ НА КОМБИНИРОВАННЫХ МАТРИЦАХ-НОСИТЕЛЯХ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

, ,
 29-36 стр.
Автономные источники тока, использующие в качестве топлива муравьиную кислоту, являются перспективными преобразователями энергии химической реакции в электроэнергию благодаря высокому потенциалу разомкнутой цепи, безопасному (негорючему и нетоксичному) топливу и более высоким энергетическим характеристикам по сравнению с топливными элементами, в которых топливом являются спирты. Кроссовер-эффект с низким содержанием муравьиной кислоты позволяет использовать тонкую мембрану, а также высокую концентрацию топлива (до 20 М), что способствует повышению параметров удельной мощности конструкции в целом. Катализаторы на основе Pt или Pd активно используются в реакции электроокисления муравьиной кислоты. Известно, что катализаторы на основе Pd более эффективны, чем катализаторы на основе Pt, вследствие их устойчивости к воздействию монооксида углерода, как основного продукта реакции. В данной работе были изучены вольт- и ватт-амперные параметры топливных элементов основе муравьиной кислоты и воздуха в модельных условиях работы. Испытания осуществлялись на сертифицированном лабораторном стенде топливного элемента, к которому подключался рабочий макет исследуемого мембранно-электродного блока. Установлены оптимальные характеристики загрузки катализаторов для достижения оптимальных характеристик по удельной мощности и плотности тока. Создание новых катализаторов и модификация существующих помогут увеличить срок службы электродов, снизить стоимость их производства, повысить их эффективность за счет повышения КПД, а также использовать в качестве топлива не только водород, но и другие виды топлива, такие как муравьиная кислота.
Ключевые слова:
мембранно-электродный блок, плотность тока, удельная мощность, электродные материалы, источники энергии
Яштулов Н.А.
Доктор химических наук, профессор, Московский технологический университет
Крапивко А.Л.
Магистр, Московский технологический университет
Лебедева М.В.
Кандидат химических наук, доцент, МИРЭА – Российский технологический университет
1. Möst D., Schreiber S., Herbst A., Jakob M., Martino,A., Poganietz W.-R. The Future European Energy System: Renewable Energy, Flexibility Options And Technological Progress. Springer, 2021. 322 p.
2. Schlick S. The chemistry of membranes used in fuel cells: degradation and stabilization. Wiley, 2018. 304 p.
3. Khellaf A. Advances in Renewable Hydrogen and Other Sustainable Energy Carriers. Springer Singapore, 2021. 530 p.
4. Mardini N., Bicer Y. Direct synthesis of formic acid as hydrogen carrier from CO2 for cleaner power generation through direct formic acid fuel cell // International Journal of Hydrogen. 2021. V. 46. № 24. P. 13050 – 13060.
5. Yang S., Chung Y., Lee K.-S., Kwon Y. Enhancements in catalytic activity and duration of PdFe bimetallic catalysts and their use in direct formic acid fuel cells // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020. V. 90. P. 351 – 357.
6. Yashtulov N.A., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N., Zaitcev N.K. New polymer-graphene nanocomposite electrodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources // eXPRESS Polymer Letters. 2019. V.13. № 8. P. 739 – 748.
7. Лебедева М.В., Яштулов Н.А., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладия на комбинированных матрицах-носителях для портативных источников тока // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 2. С. 147 – 151.
8. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Платиновые нано электрокатализаторы для водородно-воздушных источников энергии // Computational nanotechnology. 2020. Т. 7. № 1. С. 26 – 29.
9. Yeom J., Jayashree R.S., Rastogi C., Shannon M.A., Kenis P.J.A. Passive direct formic acid microfabricated fuel cells // Journal of Power Sources. 2006. V. 160. № 2. Р. 1058 – 1064.
10. Ren M., Kang Y., He W., Zou Z., Xue X., Akins D.L. Origin of performance degradation of palladium-based direct formic acid fuel cells // Applied Catalysis B: Environmental. 2011. V. 104. № 1-2. Р. 49 – 53.
11. Matos J., Borodzinski A., Mikolajczuk-Zychora A., Kedzierzawski P., Mierzwa B., Juchniewicz K., Mazurkiewicz M., Hernandez-Garrido J.C. Direct formic acid fuel cells on Pd catalysts supported on hybrid TiO2-C materials // Applied Catalysis B: Environmental. 2015. V. 163. P. 167 – 178.
12. Muthukumar V., Chetty R. Morphological transformation of electrodeposited Pt and its electrocatalytic activity towards direct formic acid fuel cells // Journal of Applied Electrochemistry. 2017. V. 47. № 6. Р. 167 – 178.