Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка катодных и анодных катализаторов без использования платины (или с ее пониженным содержанием) для мембранно-электродных блоков топливных элементов c рабочей температурой до 150С

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6035
Организация
ИФХЭ РАН
Руководитель работ
Цивадзе Аслан Юсупович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Проведение комплекса исследований и создание научно-технического задела по технологиям создания новых ионопроводящих и пористых мембран, электрокатализаторов и мембранно-электродных блоков, разработка и создание демонстрационных образцов мембранно-электродных блоков для электролизеров воды и топливных элементов с твердополимерным и щелочным электролитом с повышенной энергоэффективностью, ресурсом и уменьшенным содержанием металлов платиновой группы.

Этапы проекта

1
14.06.2007 - 31.12.2007
В ходе выполнения Этапа 1 настоящего проекта развит новый подход к синтезу бинарных анодных и катодных катализаторов на основе Pd, Ru и переходных металлов: Ni, Co, Cr, V, Fe. Особенностью разработанного метода синтеза является использование органических прекурсоров металлических компонентов. Для эффективного окисления водорода предложена система PdRu. При удельной активности близкой к платине эта система толерантна к СО2 и частично к СО. Синтезированные наноразмерные системы (сплавы) PdСо и PdCoCr по своим удельным характеристикам приближаются к моноплатиновому катализатору. Триметаллический катализатор PdCoCr обладает достаточно высокой коррозионной стабильностью.
Разработана лабораторная технология формирования МЭБ с мембраной Nafion 112 и электрокатализаторами на основе палладия. В водородо-воздушном ТЭ при 65 0С достигнута максимальная удельная мощность 200 мВт/см2, что составляет 50 % от величины удельной мощности с катализатором Е-ТЕК 20масс.%Pt в тех же условиях.
Развернуть
2
01.01.2008 - 16.05.2008
На этапе 2 было продолжено решение общей задачи, сформулированной в проекте. При этом основные исследования и разработки были направлены на совершенствование катодной каталитической системы, синтезированной на этапе 1, на создание более активных и селективных в отношении реакции восстановления кислорода до воды и коррозионно стабильных систем. Разработан новый триметаллический катализатор на основе палладия путем добавок микроколичеств платины (2 – 5мас.%) к системе PdCo. Его активность в реакции электровосстановления кислорода превосходит соответствующий (по количеству платины) моноплатиновый коммерческий катализатор и составляет при потенциале 0.70 В более 40 А/г катализатора. Предложен и оптимизирован эффективный метод синтеза RuCoSe катодного катализатора. Его удельная активность в реакции восстановления кислорода составляет 18 – 20 А/г катализатора при потенциале 0.70 В, что не уступает по величине удельной активности PdCo катализатора и приемлемо для их использования при изготовлении активных слоев катодов в МЭБ водородо-воздушного ТЭ с протонпроводящим электролитом.
На основании анализа сравнительных данных модельных измерений (вращающийся дисковый электрод), коррозионного экспресс-тестирования, численного моделирования генерации тока на катоде МЭБ, прямых испытаний МЭБ с различными катодными катализаторами в водородо-воздушном ТЭ выбраны наиболее перспективные новые катодные каталитические системы ( PdCo, PdCoPt(2.3%Pt) и RuCoSe) для дальнейших исследований и практического применения.
Развернуть
3
17.05.2008 - 31.10.2008
Краткое описание выполненных работ:
Оптимизированы методы синтеза и синтезирован ряд новых наноразмерных каталитических систем с использованием органических прекурсоров и с добавками платины до 5мас.%. PdCoPt(5мас.%Pt) наработан в количестве 15 грамм, необходимых для изготовления мембранно-электродных блоков размером 25 см2.
Изготовлено и испытано более 30 мембранно-электродных блоков (МЭБ) с различными компонентами (различные типы газодиффузионных слоев и катализаторов). Разработано техническое задание и документация на образцы МЭБ. При использовании на катоде PdCoPt(5%Pt) и оптимизации МЭБ в водородо-воздушном ТЭ при давлении газов 1 атм и температуре 65 0С достигнута максимальная удельная мощность 450 мВт/см2.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Создание научно-технического задела по технологиям элементной базы и мембранно-электродных блоков нового поколения для низкотемпературных топливных элементов и электролизеров воды.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
24 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка плазмохимических методов синтеза многокомпонентных наноструктурных электрокатализаторов на наноуглеродном носителе со сниженным содержанием металлов платиновой группы и высоким ресурсом работы для низкотемпературных электрохимических систем.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
3
Тема
Исследования и разработка неплатиновых электрокатализаторов для водородного электрода топливных элементов и электролизера на основе иммобилизованных ферментов.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологии подготовка серийного выпуска портативных автономных зарядных устройств на основе щелочных топливных элементов с градиентно-пористыми структурами.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 25 мес.
Бюджетные средства
105 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка научно-технических решений по созданию обратимых топливных элементов с твердым полимерным и твердым оксидным электролитом, создание и испытание лабораторных образцов модулей обратимых топливных элементов мощностью 0,5 кВт
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2