воздушный электрод химического источника тока с электрокатализатором восстановления кислорода

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/см ² [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	b 2
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.