Плазменные Наноматериалы для топливных элементов

Использование ФУМСНТ «ПЛАЗМАС» в топливных элементах

Совместно с ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН

Актуальность работы

Повышение эффективности катализа в электрохимических устройствах преобразования энергии позволит решить ряд важнейших задач альтернативной энергетики и приблизит желанный момент коммерционализации научных разработок и выхода таких устройств как ТЭ на рынок массового потребления. Работы в этом направлении ведутся во многих ведущих научных центрах мира, например Horizon fuel cells (Сингапур — Китай), Angstrom Power Inc (Канада), Toshiba (Япония), Samsung (Южная Корея), MTI MicroFuel Cells, Hitachi Maxell (Япония), DoCoMo – Aquafairy (Япония), Neah Power Systems (США), СEA (Франция), Fraunhofer Institut (Германия), в том числе и в ФТИ им. А.Ф. Иоффе

Предметная область

Устройства прямого преобразования энергии на основе твердополимерных топливных элементов (ТПТЭ). Наноструктурированные композиты на основе функционализированных углеродных нанотрубок для низкотемпературного электрокатализа в ТПТЭ. Портативные источники электроэнергии на базе ТПТЭ.

Основная идея

Повышение эффективности преобразования энергии в электрохимических системах. Разработка технологии материалов и исследование их свойств с целью создания электрокатализаторов ТПТЭ с повышенной эффективностью катализа

Полимерные нанокомпозиты с ФУМСНТ

Тонкие, легкие, гибкие электропроводящие пленки. Содержание УМСНТ до 99% масс. Электрическое сопротивление от 1 Ом/см до n ⋅100 кОм/см. Толщина 10 мкм — n ⋅100 мкм. Масса 1-2 мг/см².

Использование ФУМСНТ. Катализаторы в топливных элементах

Материал

ФУМСНТ Плазмас

МСУНТ Таунит

Катализатор Удельная плотность диффузионного тока, mA/cm² (истинной поверхности Pt) Удельная плотность кинетического тока, mA/cm² (истинной поверхности Pt)
100 mV 450 mV 550 mV
E-TEK 0.17 0.052 0.024
E-TEK+ Плазмас 1:1 0.90 0.091 0.060
E-TEK+,Плазмас (HNO₃)1:1 1.8 0.22 0.060
E-TEK+Плазмас (HNO₃+H₂SO₄)1:1 0.96 0.057 0.024

Плотность тока (mA/cm²) процесса восстановления кислорода на разных композитных катализаторах при разных потенциалах. Эффект сокатализа!

Выбран ФУМСНТ Плазмас по критериям:

  • Эффективная технология
  • Высокая диспергируемость
  • Низкая себестоимость
  • Производство СПб, Россия

Экспериментальная работа

Технология

1. Получение МСУНТ

Метод электродугового разряда в среде жидких ароматических углеводородов

2. Плазмохимическая обработка

Плазменный разряд в среде Ar + O2 + N2 в равных долях при остаточном давлении 0.5 Торр, удельной мощности электрического разряда 0.05 Вт/см3 и частоте 40 МГц. Обработку осуществляли в течение 450 с

3. Функционализация

Метод функционализации Содержание поверхностных соединений, %
ПХО 3.8
Термическое окисление 0.42
HNO3 + H2SO4 5.4
HNO3 9.0

4. Приготовление каталитических чернил

Pt/C + Nafion

5. Изготовление МЭБ

Формирование КС

Готовый МЭБ

Исследование электрических характеристик МЭБ

E-TEK

Композит E-TEK + ФМСУНТ (HNO₃)ФМСУНТ – 11 %Pt/C – 69 %Nafion – 20 %

Скорость развертки 10 мВ/с, температура 24 С, воздух-водород

Скорость развертки 10 мВ/с, Температура 80 С, кислород-водород

Результат

Композит с ФМСУНТ PLASMAS показали удельную мощность в 2,2 раза выше, чем коммерческий катализатор E-TEK, а МКА Pt (массовая каталитическая активность Pt в ФМСУНТ PLASMAS) — выше в 4 раза !

Предлагается

  • Проведение исследовательских работ по заказам
  • Проведение совместных научно-исследовательских работ
  • Разработка различных типов, видов модификации, функционализации материалов
  • Разработка и изготовление лабораторного, опытного, промышленного оборудования для плазменной модификации материалов по согласованным параметрам
  • Организация новых производств для плазменной модификации материалов

topspyapps.net