Русский
English 19-28 стр.
Электродные материалы на основе наночастиц платиновых металлов широко используются для создания альтернативных источников энергии с высокими удельными характеристиками. Промышленные углеродсодержащие носители и перфторированные протонообменные мембраны типа Nafion используются в качестве матриц для формирования электродов топливных элементов. В настоящей работе синтезированы новые эффективные полимер-углеродные катализаторы, модифицированные наночастицами платины. Физико-химические и функциональные характеристики нанокомпозитов изучены методами электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, малоуглового рентгеновского рассеяния, а также циклической вольтамперометрии. Обнаружена повышенная каталитическая активность и стабильность сформированных электродов в водородно-кислородных топливных элементах. Получены результаты испытаний водородно-воздушных топливных элементов в модельных условиях работы. Максимальные параметры плотности тока мембранно-электродных блоков обнаружены для нанокомпозитов, сформированных на многостенных углеродных нанотрубках при коэффициенте солюбилизации ω равном 1,5 и содержании платины 0,35 мг/см2. Создание новых мембранно-электродных блоков способствует снижению стоимости химических источников тока, а также повышению их энергоэффективности.
1. Sapre S., Pareek K., Rohan R. Compressed Hydrogen in Fuel Cell Vehicles: On-board Storage and Refueling Analysis. CRC Press. 2022. 118 p.
2. 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. 321 p.
3. Khellaf A. Advances in Renewable Hydrogen and Other Sustainable Energy Carriers. Springer Singapore, 2021. 517 p.
4. Zhang J., Shen S. Low Platinum Fuel Cell Technologies. Springer Berlin Heidelberg, 2021. 223 p.
5. Xing Y. Modeling and Control Strategies for a Fuel Cell System Springer, 2023. 177 p.
6. Hwang C.-K., Lee K.A., Lee J., Kim Y., Ahn H., Hwang W., Ju B.-K., Kim J.Y., Yeo S.Y., Choi J., Sung Y.-E., Kim I.-D., Yoon K.R. Perpendicularly stacked array of PTFE nanofibers as a reinforcement for highly durable composite membrane in proton exchange membrane fuel cells // Nano Energy. 2022. V. 101. P. 107581.
7. Liu L., Li X., Liu Z., Zhang S., Qian L., Chen Z., Li J., Fang P., He C. High-performance fuel cells using Nafion composite membranes with alignment of sulfonated graphene oxides induced by a strong magnetic field // Journal of Membrane Science. 2022. V. 653. P. 120516.
8. Gómez M.A., Navarro A.J., Giner-Casares J.J., Cano M., Fernández-Romero A.J., López-Cascales J.J. Electrodes based on nafion and epoxy-graphene composites for improving the performance and durability of open cathode fuel cells, prepared by electrospray deposition // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 29. P. 13980 – 13989.
9. Liu S., Yuan S., Liang Y., Li H., Xu Z., Xu Q., Yin J., Shen S., Yan X., Zhang J. Engineering the catalyst layers towards enhanced local oxygen transport of Low-Pt proton exchange membrane fuel cells: Materials, designs, and methods // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 11. Р. 4389 – 4417.
10. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Рагуткин А.В., Зайцев Н.К. Электродные материалы на основе пористого кремния с наночастицами платины для химических источников тока // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 2. С. 232 – 237.
11. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Разработка прототипов мембранно-электродных блоков на основе нанокомпозитов с платиной для источников энергии // Computational Nanotechnology. 2019. Т. 6. № 4. С. 56 – 59.
12. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Платиновые наноэлектрокатализаторы для водородно-воздушных источников энергии // Computational Nanotechnology. 2020. Т. 7. № 1. С. 26 – 29.
13. Serov A., Shum A.D., Xiao X., De Andrade V., Artyushkova K., Zenyuk I.V. Atanassov P. Nano-structured platinum group metal-free catalysts and their integration in fuel cell electrode architectures // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 237. P. 1139 – 1147.
14. Battirola L.C., Schneider J.F., Torriani I.C.L., Tremiliosi-Filho G. Improvement on direct ethanol fuel cell performance by using doped-Nafion 117 membranes with Pt and Pt-Ru nanoparticles // Int. J. Hydr. Energy. 2013. V. 38. № 27. P. 12060 – 12068.
15. Антропов А.П., Зайцев Н.К., Рябков Е.Д., Яштулов Н.А. Химико-технологический подход к созданию нановорсистых (ультрадисперсных) каталитически активных материалов // Тонкие химические технологии. 2021. Т. 16. № 2. С. 105 – 112.
16. Антропов А.П., Рагуткин А.В., Лебедева М.В., Зайцев Н.К., Яштулов Н.А. Разработка мембранно-электродных блоков для энергоэффективных автономных источников энергии // Башкирский химический журнал. 2021. Т. 28. № 3. С. 90 – 96.
17. Лебедева М.В., Свитов В.И., Каплан И.М. Физико-химические особенности формирования палладиевых нанокатализаторов на двухкомпонентных мембранах для топливных элементов // Chemical Bulletin. 2021. Т. 4. № 2. С. 58 – 66.
2. 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. 321 p.
3. Khellaf A. Advances in Renewable Hydrogen and Other Sustainable Energy Carriers. Springer Singapore, 2021. 517 p.
4. Zhang J., Shen S. Low Platinum Fuel Cell Technologies. Springer Berlin Heidelberg, 2021. 223 p.
5. Xing Y. Modeling and Control Strategies for a Fuel Cell System Springer, 2023. 177 p.
6. Hwang C.-K., Lee K.A., Lee J., Kim Y., Ahn H., Hwang W., Ju B.-K., Kim J.Y., Yeo S.Y., Choi J., Sung Y.-E., Kim I.-D., Yoon K.R. Perpendicularly stacked array of PTFE nanofibers as a reinforcement for highly durable composite membrane in proton exchange membrane fuel cells // Nano Energy. 2022. V. 101. P. 107581.
7. Liu L., Li X., Liu Z., Zhang S., Qian L., Chen Z., Li J., Fang P., He C. High-performance fuel cells using Nafion composite membranes with alignment of sulfonated graphene oxides induced by a strong magnetic field // Journal of Membrane Science. 2022. V. 653. P. 120516.
8. Gómez M.A., Navarro A.J., Giner-Casares J.J., Cano M., Fernández-Romero A.J., López-Cascales J.J. Electrodes based on nafion and epoxy-graphene composites for improving the performance and durability of open cathode fuel cells, prepared by electrospray deposition // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 29. P. 13980 – 13989.
9. Liu S., Yuan S., Liang Y., Li H., Xu Z., Xu Q., Yin J., Shen S., Yan X., Zhang J. Engineering the catalyst layers towards enhanced local oxygen transport of Low-Pt proton exchange membrane fuel cells: Materials, designs, and methods // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 11. Р. 4389 – 4417.
10. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Рагуткин А.В., Зайцев Н.К. Электродные материалы на основе пористого кремния с наночастицами платины для химических источников тока // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 2. С. 232 – 237.
11. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Разработка прототипов мембранно-электродных блоков на основе нанокомпозитов с платиной для источников энергии // Computational Nanotechnology. 2019. Т. 6. № 4. С. 56 – 59.
12. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Платиновые наноэлектрокатализаторы для водородно-воздушных источников энергии // Computational Nanotechnology. 2020. Т. 7. № 1. С. 26 – 29.
13. Serov A., Shum A.D., Xiao X., De Andrade V., Artyushkova K., Zenyuk I.V. Atanassov P. Nano-structured platinum group metal-free catalysts and their integration in fuel cell electrode architectures // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 237. P. 1139 – 1147.
14. Battirola L.C., Schneider J.F., Torriani I.C.L., Tremiliosi-Filho G. Improvement on direct ethanol fuel cell performance by using doped-Nafion 117 membranes with Pt and Pt-Ru nanoparticles // Int. J. Hydr. Energy. 2013. V. 38. № 27. P. 12060 – 12068.
15. Антропов А.П., Зайцев Н.К., Рябков Е.Д., Яштулов Н.А. Химико-технологический подход к созданию нановорсистых (ультрадисперсных) каталитически активных материалов // Тонкие химические технологии. 2021. Т. 16. № 2. С. 105 – 112.
16. Антропов А.П., Рагуткин А.В., Лебедева М.В., Зайцев Н.К., Яштулов Н.А. Разработка мембранно-электродных блоков для энергоэффективных автономных источников энергии // Башкирский химический журнал. 2021. Т. 28. № 3. С. 90 – 96.
17. Лебедева М.В., Свитов В.И., Каплан И.М. Физико-химические особенности формирования палладиевых нанокатализаторов на двухкомпонентных мембранах для топливных элементов // Chemical Bulletin. 2021. Т. 4. № 2. С. 58 – 66.
Лебедева М.В., Крапивко А.Л., Дулина О.А., Ленский М.С., Яштулов Н.А. Энергоэффективные нанокомпозитные мембранно-электродные блоки для химических источников тока // Chemical Bulletin. 2023. Том 6. № 2. С. 19 – 28.