ВОЗДУШНЫЙ ЭЛЕКТРОД ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА С ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА
AIR ELECTRODE FOR CHEMICAL CURRENT SOURCE WITH OXYGEN REDUCTION ELECTROCATALYST

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.
2
2
Воздушный электрод представляет собой пористую двухслойную пластину. Со стороны воздуховодного отверстия в роли газораспределительной мембраны и запорного слоя по отношению к воде и СО применяется гидрофобизированная ацетиленовая сажа. Слой активной стороны состоит из гидрофобизированной ацетиленовой сажи мелкодисперсного каталитически активного угля. Давление прессования около 4 т/см [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:CH<sub>2</sub>O/] в I M КОН при 20°С
№№ пп
<img file="00000001.tif" he="7" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" /> моль/моль
E<sub>St</sub>·∂Ag/AgCl
j<sub>0</sub> в, мА/г
∂E/∂Lg j<sub>0</sub>, В
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
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
2
2
Введение электрокатализатора в состав активной массы катодной таблетки в количестве 10 об.%, смешение с активной массы и прессование при давлении 4000 кг/см 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/см 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.