RU2724609C1 - Method of producing composite hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel elements modified with nanostructured palladium - Google Patents

Abstract

FIELD: electrochemistry.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrochemistry, namely to the design of structural elements of hydrogen pumps and oxygen-hydrogen fuel elements, specifically to the device for hydrogen electrodes. Method comprises fixing a palladium membrane with thickness of 1–30 mcm, coated on both sides with a layer of finely dispersed palladium black, on a porous metal nickel base by contact spot welding, wherein the fine coating is made from nanosized palladium crystallites in the form of flowers, petals of which are quadrangular bipyramids with size from 500–250 to 100–50 nm with thickness of 20–60 nm.EFFECT: technical result is reduction of content of precious palladium, more stable in time electrical characteristics, in particular, specific power of hydrogen electrode.1 cl, 5 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к области электрохимии, а именно к устройству конструкционных элементов водородных насосов и топливных элементов, конкретно к устройству водородных электродов.The claimed technical solution relates to the field of electrochemistry, namely to the device of structural elements of hydrogen pumps and fuel cells, specifically to the device of hydrogen electrodes.

Актуальной задачей развития альтернативной энергетики является разработка кислородо-водородного топливного элемента с цельнометаллическим содержащим палладий водородопроницаемым водородным электродом, работающих при низких (20-100°С) температурах. Это позволит использовать в топливном элементе жидкий электролит и приведет (за счет изменения трехфазной границы газ - металл токоотвода - электролит на двухфазную палладиевый сплав - электролит) к улучшению вольтамперных характеристик элемента, снижению поляризации, уменьшению внутреннего сопротивления и к увеличению удельной мощности. Кроме того, палладий является катализатором электродного процесса по всей двухфазной границе, поэтому не требуется дополнительного нанесения катализатора. Также возможно применение водородного электрода в составе двухэлектродной ячейки с протонсодержащим электролитом в составе водородного насоса или компрессора [К.А. Джусь, И.Г. Штатный, С.А. Григорьев / Наноструктурные электрокатализаторы для водородного компрессора с твердым полимерным электролитом // Вестник МИТХТ Химия и технология неорганических материалов», 2009, т. 4, №6 (90)]An urgent task in the development of alternative energy is the development of an oxygen-hydrogen fuel cell with an all-metal palladium-containing hydrogen-permeable hydrogen electrode operating at low (20-100 ° C) temperatures. This will make it possible to use liquid electrolyte in the fuel cell and (due to a change in the three-phase gas – current collector – electrolyte to two-phase palladium alloy – electrolyte interface) to improve the current-voltage characteristics of the cell, decrease the polarization, decrease the internal resistance, and increase the specific power. In addition, palladium is a catalyst for the electrode process along the entire two-phase boundary, therefore, additional deposition of the catalyst is not required. It is also possible to use a hydrogen electrode in a two-electrode cell with a proton-containing electrolyte in a hydrogen pump or compressor [K.A. Jus, I.G. Staffing, S.A. Grigoriev / Nanostructured electrocatalysts for a hydrogen compressor with a solid polymer electrolyte // Vestnik MITT Chemistry and Technology of Inorganic Materials ", 2009, vol. 4, No. 6 (90)]

Палладий и его сплавы применяют для получения мембран, способных пропускать газообразный водород [Rothenberger K.S., Cugini А.V., Howard В.Н., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68.]. Такие мембраны имеют рабочие температуры в интервале 200-800°С, так как в первую очередь предназначены для разделения высокотемпературных водородных смесей получаемых пирогенетическими методами из органических водородосодержащих топлив. Из-за их высокой проницаемости и селективности по сравнению с другими материалами, металлические водородопроводящие мембраны при высоких температурах остаются предметом интенсивных исследований. Легирование палладия влияет на диффузию водорода внутри мембраны, на скорость растворения и выделения атомов водорода, на рекомбинацию и диссоциацию молекул и, в меньшей степени, на адсорбцию и десорбцию.Palladium and its alloys are used to produce membranes capable of passing hydrogen gas [Rothenberger K.S., Cugini A.V., Howard V.N., Killmeyer R.P., Ciocco M.V., Morreale B.D. // Journal of Membrane Science. 2004. V. 244. P. 55-68.]. Such membranes have operating temperatures in the range of 200-800 ° C, as they are primarily intended for the separation of high-temperature hydrogen mixtures obtained by pyrogenetic methods from organic hydrogen-containing fuels. Due to their high permeability and selectivity compared to other materials, metal hydrogen-conducting membranes at high temperatures remain the subject of intensive research. Doping of palladium affects the diffusion of hydrogen inside the membrane, the rate of dissolution and evolution of hydrogen atoms, the recombination and dissociation of molecules, and, to a lesser extent, adsorption and desorption.

Основными характеристиками палладиевых мембран для выделения водорода из газовых смесей являются скорость проникновения водорода через мембрану, ее прочность и стойкость при эксплуатации. Для мембраны же выполняющей роль диффузионного электрода добавляется важная характеристика скорость электроэкстракции растворенного водорода на границе мембрана / электролит.The main characteristics of palladium membranes for the evolution of hydrogen from gas mixtures are the rate of hydrogen penetration through the membrane, its strength and durability during operation. For the membrane acting as a diffusion electrode, an important characteristic is added: the rate of electroextraction of dissolved hydrogen at the membrane / electrolyte interface.

Процесс водородопроницаемости палладия и его сплавов состоит из трех основных стадий [Байчток Ю.К., Соколинский Ю.А., Айзенбуд М.Б. / О лимитирующей стадии проницаемости водорода через мембраны из палладиевых сплавов. // Журнал физической химии. 1976. Т. 50. N 6. С. 1543-1546.]:The process of hydrogen permeability of palladium and its alloys consists of three main stages [Baychtok Yu.K., Sokolinsky Yu.A., Aizenbud MB / On the limiting stage of hydrogen permeability through membranes from palladium alloys. // Journal of physical chemistry. 1976. T. 50. N 6. P. 1543-1546.]:

диссоциация водорода на входной поверхности мембраны, протекающая со скоростью ν_i,

hydrogen dissociation at the input surface of the membrane, proceeding with a speed ν _i ,

диффузия атомарного водорода через мембрану, протекающая со скоростью ν_Д,

atomic hydrogen diffusion through the membrane, flowing at a speed of ν _D ,

рекомбинация атомов водорода в молекулы на выходной стороне мембраны, протекающая со скоростью ν_o.

the recombination of hydrogen atoms into molecules on the output side of the membrane, proceeding at a speed of ν _o .

Лимитирование той или иной стадии является предметом многочисленных исследований и зависит от многих факторов, например в случае особо чистого водорода лимитирующей является стадия диффузии, а в случае незначительных примесей серы, углеводородов и т.д.Limiting one stage or another is the subject of numerous studies and depends on many factors, for example, in the case of very pure hydrogen, the diffusion stage is limiting, and in the case of minor impurities of sulfur, hydrocarbons, etc.

лимитирующими становятся стадии диссоциации на газовой стороне мембраны и (или) электроэкстракции на электролитной стороне. Последний случай является наиболее вероятным для патентуемого мембранного электрода, так как он будет работать не на чистом водороде. В таких условиях повысить скорость переноса водорода через мембрану можно модификацией поверхности палладиевой мембраны специальными «водородными переносчиками» повышающими скорости диффузии водорода на газовой стороне мембранного электрода и электроэкстракции на электролитной стороне.the limiting stages are dissociation on the gas side of the membrane and (or) electroextraction on the electrolyte side. The latter case is most likely for the patented membrane electrode, since it will not work on pure hydrogen. Under such conditions, the rate of hydrogen transfer through the membrane can be increased by modifying the surface of the palladium membrane with special “hydrogen carriers” that increase the diffusion rates of hydrogen on the gas side of the membrane electrode and electroextraction on the electrolyte side.

Уровень техники мембранных металлических электродов представлен рядом патентов: US Patents №№7955491; 9044715; 8778058; 8119205; 7611565; 7255721; 7022165; 9246176; RU патентами на полезную модель №74242; 187061 патентами на изобретения №№2256981; 2334310.The prior art of membrane metal electrodes is represented by a number of patents: US Patents No. 7955491; 9044715; 8778058; 8,119,205; 7,611,565; 7255721; 7,022,165; 9,246,176; RU patents for utility model No. 74242; 187061 patents for inventions No. 2252581; 2334310.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является патент RU №2694431, опубликован 15.07.2019 «Способ изготовления композитного водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов».Closest to the claimed technical solution is the patent RU No. 2694431, published July 15, 2019 "Method for the manufacture of a composite hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cells."

Этот способ включает закрепление тонкой палладиевой мембраны на пористую металлическую никелевую основу. При этом, мембрану из палладия изготавливают толщиной 1-30 мкм, затем покрывают с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни и закрепляют на основе методом контактной точечной сварки.This method involves fixing a thin palladium membrane onto a porous nickel metal base. At the same time, a palladium membrane is made with a thickness of 1-30 μm, then it is coated on both sides with a layer of finely dispersed palladium black and fixed on the basis of the method of spot welding.

Основными недостатками изготовленного таким способом электрода являются: высокая толщина слоя нанопокрытия, приводящая к большому расходу драгоценного палладия, а также сравнительно низкая каталитическая активность покрытия из нанозвезд, являющаяся следствием низкой концентрации каталитических центров вследствие особенностей роста для данной геометрической формы нанокристалла. [В. Kharisov, О. Kharissova, U-O.

// Handbook jf less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 193.]The main disadvantages of the electrode manufactured in this way are: the high thickness of the nanocoating layer, which leads to a high consumption of precious palladium, as well as the relatively low catalytic activity of the coating of nanostars, which is a consequence of the low concentration of catalytic centers due to the growth characteristics for this geometric shape of the nanocrystal. [IN. Kharisov, O. Kharissova, UO.

// Handbook jf less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 193.]

Технической задачей является создание способа изготовления водородного электрода для кислородно-водородных топливных элементов и водородных насосов с улучшенными и более стабильными во времени электрическими характеристиками, а именно удельной мощностью, при сокращении удельного расхода дорогостоящего палладия.The technical task is to create a method of manufacturing a hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cells and hydrogen pumps with improved and more stable in time electrical characteristics, namely specific power, while reducing the specific consumption of expensive palladium.

Для решения этой задачи в способе изготовления водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента, включающем закрепление палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм, на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки с дальнейшим покрытием мембраны с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни, путем ее химического закрепления, при этом в качестве слоев покрытия используют наноразмерные кристаллиты палладия в форме устойчивых пятилепестковых цветов, лепестки которых представляют собой четырехугольные бипирамиды размером от 500-250 до 100-50 нм. толщиной 20-60 нм.To solve this problem, in a method of manufacturing a hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell, comprising fixing a palladium membrane 1-30 μm thick, on a porous nickel metal based on contact spot welding with further coating the membrane on both sides with a layer of finely dispersed palladium black, by chemical fixing, while as layers of coating using nanoscale crystallites of palladium in the form of stable five-petalled flowers, the petals of which are quadrangular bipyramids ranging in size from 500-250 to 100-50 nm. 20-60 nm thick.

На фиг. 1 изображен заявляемый водородный электрод для кислородно-водородных топливных элементов в разрезе изготовленный предлагаемым способом. На фиг. 2. изображен водородный насос из двух водородных электродов фильтр-прессной сборки. На фиг. 3 приведена фотография содержащей палладий мембраны, покрытой слоем дисперсного покрытия в виде устойчивых пятилепестковых наноцветов. На фиг. 4 и фиг. 5 представлены графические зависимости иллюстрирующие падение удельной мощности электродов с покрытием из палладиевых нанокристаллитов в форме пятиконечных звезд и нанокристаллитов палладия в форме устойчивых пятилепестковых наноцветов во времени.In FIG. 1 shows the inventive hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cells in the context of the manufactured by the proposed method. In FIG. 2. shows a hydrogen pump of two hydrogen electrodes of a filter-press assembly. In FIG. Figure 3 shows a photograph of a palladium-containing membrane coated with a dispersed coating layer in the form of stable five-petalled nanoflowers. In FIG. 4 and FIG. Figure 5 presents graphical dependences illustrating the decrease in the specific power of electrodes coated with palladium nanocrystallites in the form of five-pointed stars and palladium nanocrystallites in the form of stable five-petalled nanocrystals in time.

Покрытие слоем устойчивых наноразмерных пятилепестковых цветов может быть осуществлено известными способами синтеза [В. Kharisov, О. Kharissova, U-O. Mendez // Handbook of less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 193.], включая синтез бипирамидальных наночастиц палладия в объеме раствора в присутствии нитрата серебра и сурфактанта из ряда четвертичных аммониевых оснований, например цетилтриметиламмония бромида. Закрепление полученных пятилепестковых наноцветов из объема раствора на поверхности может быть осуществлено методом распыления полученного коллоидного раствора с добавлением «закрепителя» - вещества закрепляющего наноцветы палладия на поверхности палладиевой мембраны, например 3 - меркаптопропионовой кислоты [Vega М.М., Bonifacio, A., Lughi, V. et al. // Long-term stability of surfactant-free gold nanostars / J Nanopart Res №11 2014 p. 2729-2734].Coating with a layer of stable nanoscale five-petal colors can be carried out by known methods of synthesis [B. Kharisov, O. Kharissova, U-O. Mendez // Handbook of less common nanostructures / CRC Press 2012 p. 193.], including the synthesis of bipyramidal palladium nanoparticles in a solution in the presence of silver nitrate and a surfactant from a number of quaternary ammonium bases, for example cetyltrimethylammonium bromide. The obtained five-petalled nanoflowers can be fixed from the bulk of the solution on the surface by spraying the obtained colloidal solution with the addition of a “fixer” - a substance that fixes palladium nanocrystals on the surface of a palladium membrane, for example 3 - mercaptopropionic acid [Vega MM, Bonifacio, A., Lughi , V. et al. // Long-term stability of surfactant-free gold nanostars / J Nanopart Res No. 11 2014 p. 2729-2734].

Электрод, изготавливаемый заявленным способом (фиг. 1) включает содержащую палладий мембрану 1 выполненную в виде фольги толщиной 1-30 мкм. На обе стороны мембраны 1 нанесен слой дисперсного покрытия (фиг. 2) в виде устойчивых наноразмерных кристаллитов палладия в форме пятилепестковых цветов 2. Содержащая палладий фольга 1, с одной стороны методом контактной точечной сварки - точки 3, закреплена на поверхности пористой металлической основы 4. Основа 4 металлически и электрически контактирует с металлической газораспределительной плитой 5. В объеме и на поверхности плиты 5 со стороны мембраны 1 сформирована система газораспределительных (продувочных) каналов 6 оканчивающаяся концевыми газовыми штуцерами 7 с кранами. Водородный насос (фиг 2) составлен из двух водородных электродов (фиг 1), соединенных в конструкцию четырьмя металлическими шпильками 8 при помощи гаек 9. Матричный электролит 10 разделяет водородные электроды (фиг. 1).The electrode manufactured by the claimed method (Fig. 1) includes a palladium-containing membrane 1 made in the form of a foil with a thickness of 1-30 microns. A disperse coating layer was applied on both sides of the membrane 1 (Fig. 2) in the form of stable nanosized palladium crystallites in the form of five-petal flowers 2. The palladium-containing foil 1, on the one hand, was produced by spot welding, point 3, fixed to the surface of the porous metal base 4. The base 4 is metallic and electrically in contact with a metal gas distribution plate 5. In the volume and on the surface of the plate 5 from the side of the membrane 1, a system of gas distribution (purge) channels 6 is formed ending in gas end fittings 7 with valves. The hydrogen pump (FIG. 2) is composed of two hydrogen electrodes (FIG. 1) connected to the structure by four metal studs 8 with nuts 9. The matrix electrolyte 10 separates the hydrogen electrodes (FIG. 1).

Пример реализации способа:An example implementation of the method:

Палладиевую заготовку прокатывали в механических валках в фольгу толщиной 20-30 мкм, затем отжигали при температуре 850°С в вакууме, отбеливали в отбеливающей смеси на основе 30% серной кислоты. Затем проводили синтез пятилепестковых наноцветов палладия в объеме раствора в присутствии нитрата серебра и в качестве сурфактанта цетилтриметиламмония бромида. Посредством пульверизатора распыляли слой раствора «закрепителя» - 3-меркаптопропионовой кислоты на подготовленную мембрану с обеих сторон, а далее распыляли слой коллоидного раствора пятилепестковых наноцветов палладия. Выдерживали в замкнутом объеме в течение 15 минут, затем промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе. Затем покрытую и высушенную на воздухе фольгу накладывали одной стороной на пористую металлическую основу, например никелевую, после чего сваривали их по поверхности точечной контактной сваркой. Изделие на основе вышеприведенного электрода водородного насоса (топливного элемента) изготавливается так. Два водородных электрода, представленных на фиг. 1, приводятся в контакт друг с другом со стороны, противоположной металлическим плитам 5, в процессе механической стяжки фильтрпрессной конструкции водородного насоса или топливного элемента при помощи четырех шпилек 8 и гаек 9. При этом слои мелкодисперсного (наноразмерного) металлического порошка 2 контактируют через матричный электролит 10, представляющий собой слой асбестовой бумаги, пропитанной 33% раствором электролита, например NaOH, таким образом, чтобы мелкодисперсное покрытие на электролитной стороне служило электрокатализатором электродного процесса окисления и восстановления водорода. Путем открытия кранов на концевых газовых штуцерах 7 осуществляется продувка системы газораспределительных каналов 6 и пор пористых никелевых пластин 4 водородом. Через определенное время, когда в системе газораспределительных каналов 6 и порах пористой никелевой пластины остается чистый водород, один из кранов выходного штуцера 7 левого электрода (фиг. 2) закрывается и система переходит в рабочий режим. Водород, поступающий через поры пористой никелевой пластины 4, расположенной слева, подается к газовой поверхности левой содержащей палладий мембраны 1, покрытой мелкодисперсным металлом, который хемосорбирует водород на поверхности своих частиц и ускоряет его поступление в объем палладийсодержащей мембраны - абсорбцию.The palladium billet was rolled in mechanical rolls into a foil with a thickness of 20-30 μm, then annealed at a temperature of 850 ° C in vacuum, bleached in a bleaching mixture based on 30% sulfuric acid. Then, the synthesis of five-petalled palladium nanocrystals was carried out in the solution volume in the presence of silver nitrate and cetyltrimethylammonium bromide as a surfactant. Using a spray gun, a layer of a “fixer” solution, 3-mercaptopropionic acid, was sprayed onto the prepared membrane on both sides, and then a layer of a colloidal solution of five-petalled palladium nanocolors was sprayed. It was kept in a closed volume for 15 minutes, then washed with distilled water and dried in air. Then, the coated and air-dried foil was applied on one side to a porous metal base, for example, nickel, and then they were welded on the surface by spot welding. A product based on the above electrode of a hydrogen pump (fuel cell) is manufactured as follows. The two hydrogen electrodes shown in FIG. 1, are brought into contact with each other from the side opposite to the metal plates 5, in the process of mechanical tightening of the filter-press structure of a hydrogen pump or fuel element with four studs 8 and nuts 9. In this case, the layers of finely dispersed (nanoscale) metal powder 2 are contacted through a matrix electrolyte 10, which is a layer of asbestos paper, impregnated with a 33% solution of an electrolyte, for example NaOH, so that the finely dispersed coating on the electrolyte side serves as an electrocatalyst for the electrode process of hydrogen oxidation and reduction. By opening the taps on the gas end fittings 7, the gas distribution channels 6 and the pores of the porous nickel plates 4 are purged with hydrogen. After a certain time, when pure hydrogen remains in the gas distribution channel system 6 and the pores of the porous nickel plate, one of the taps of the outlet fitting 7 of the left electrode (Fig. 2) closes and the system goes into operating mode. Hydrogen entering through the pores of the porous nickel plate 4 located on the left is fed to the gas surface of the left palladium-containing membrane 1, coated with a finely dispersed metal, which chemisorbs hydrogen on the surface of its particles and accelerates its entry into the volume of the palladium-containing membrane - absorption.

Далее абсорбированный водород диффундирует через фазу палладий содержащего сплава и на электролитной поверхности, покрытой мелкодисперсным металлом, переходит в адсорбированную атомную фазу. Затем адсорбированный водород вступает в электродную реакцию на границе пористый металл/электролит с образованием протонсодержащих частиц в электролите 10 и отдачей электронов во внешнюю цепь на нагрузку через металлическую плиту 5, которая также является токоотводом. С правой стороны процессы симметрично электрохимически обращаются и их конечным результатом является образование в системе газораспределительных каналов 6 правого электрода избыточного водорода, который может накапливаться до определенных давлений (водородный компрессор) или использоваться потребителем в более чистом виде (водородный насос). Кислородо(воздушно)-водородный топливный элемент может быть сконструирован аналогично, путем замены правого водородного электрода на кислородный (воздушный) электрод. Сравнение долговременных характеристик удельной мощности электродов модифицированных палладиевыми нанозвездами фиг. 3 с удельной мощностью электродов с покрытием в виде пятилепестковых наноцветов (фиг. 4) измеренных в составе водородного электрохимического насоса (фиг 2) из двух исследуемых водородных электродов, как зависимость максимальной удельной мощности от времени показало, что начальная максимальная удельная мощность для водородного электрода с модификатором в виде наноцветов палладия на 15% выше, чем для водородного электрода с дисперсным покрытием в виде палладиевых нанозвезд. При этом, относительная крутизна графика для дисперсного покрытия из наноцветов палладия 7,6% падения максимальной удельной мощности за 95 часов работы практически идентична и для покрытия из нанозвезд, что говорит о достижении заявленных целей технической задачи.Further, the absorbed hydrogen diffuses through the phase of the palladium-containing alloy and on the electrolyte surface coated with a finely divided metal, passes into the adsorbed atomic phase. Then, the adsorbed hydrogen enters into the electrode reaction at the porous metal / electrolyte interface with the formation of proton-containing particles in the electrolyte 10 and the transfer of electrons to the external circuit to the load through a metal plate 5, which is also a collector. On the right side, the processes are reversed symmetrically and their final result is the formation in the system of gas distribution channels 6 of the right electrode of excess hydrogen, which can accumulate to certain pressures (hydrogen compressor) or be used by the consumer in a purer form (hydrogen pump). An oxygen (air) -hydrogen fuel cell can be constructed similarly by replacing the right hydrogen electrode with an oxygen (air) electrode. A comparison of the long-term characteristics of the specific power of the electrodes modified with palladium nanostars of FIG. 3 with a specific power of electrodes coated in the form of five-petalled nanocrystals (Fig. 4) measured in a hydrogen electrochemical pump (Fig 2) from two studied hydrogen electrodes, as the dependence of the maximum specific power on time showed that the initial maximum specific power for a hydrogen electrode with modifier in the form of palladium nanocrystals is 15% higher than for a dispersed-coated hydrogen electrode in the form of palladium nanostars. At the same time, the relative slope of the graph for a dispersed coating of palladium nanoflowers of a 7.6% drop in maximum specific power over 95 hours of operation is almost identical for a coating of nanostars, which indicates the achievement of the stated objectives of the technical task.

Линейный размер кристаллитов палладиевых нанозвезд оценивается в пределах 30-100 нм. Толщина слоя палладиевых нанозвезд оценивается в пределах 500-1000 нм Линейный размер кристаллитов палладиевых наноцветов составляет от 500-250 до 100-50 нм, а толщина слоя составляет 20-60 нм, за счет малой высоты кристаллитов. Таким образом, при росте средней площади кристаллитов в 10-20 раз, толщина нанодисперсного покрытия снижается в 15-25 раз, а соответственно уменьшается в 1,5-2 раза объем и содержание палладия в слое дисперсного покрытия. Предлагаемый способ обеспечивает более стабильную во времени, повышенную удельную мощность и уменьшение содержания дорогостоящего палладия, приводящее к уменьшению себестоимости изделия, что позволит создавать кислородно-водородные топливные элементы и водородные насосы с повышенными и более высокими эксплуатационными характеристиками во времени - удельной мощностью.The linear crystallite size of palladium nanostars is estimated at 30-100 nm. The thickness of the palladium nanostars layer is estimated to be in the range of 500-1000 nm. The linear crystallite size of palladium nanocrystals is from 500-250 to 100-50 nm, and the layer thickness is 20-60 nm, due to the low crystallite height. Thus, with an increase in the average crystallite area by 10–20 times, the thickness of the nanodispersed coating decreases by 15–25 times, and accordingly, the volume and content of palladium in the dispersed coating layer decreases by 1.5–2 times. The proposed method provides a more stable in time, increased specific power and reducing the content of expensive palladium, leading to a reduction in the cost of the product, which will allow the creation of oxygen-hydrogen fuel cells and hydrogen pumps with increased and higher performance characteristics in time - specific power.

Claims (1)

Способ изготовления водородного электрода для кислородно-водородного топливного элемента, включающий закрепление палладиевой мембраны толщиной 1-30 мкм на пористой металлической никелевой основе методом контактной точечной сварки с дальнейшим покрытием мембраны с двух сторон слоем мелкодисперсной палладиевой черни путем ее химического закрепления, отличающийся тем, что мембрану покрывают устойчивыми наноразмерными кристаллитами палладия в форме пятилепестковых цветов, лепестки которых представляют собой четырехугольные бипирамиды размером от 500-250 до 100-50 нм толщиной 20-60 нм.A method of manufacturing a hydrogen electrode for an oxygen-hydrogen fuel cell, comprising fixing a palladium membrane with a thickness of 1-30 μm on a porous metal nickel base by spot welding with further coating the membrane on both sides with a layer of finely dispersed palladium black by chemical fastening, characterized in that the membrane coated with stable nanoscale crystallites of palladium in the form of five-petalled flowers, the petals of which are quadrangular bipyramids ranging in size from 500-250 to 100-50 nm with a thickness of 20-60 nm.

Images