Диссертация (1105190), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Дополнительно, возможно ввести фторированное окружение длякаждого индивидуального кластера. Структура кластеров с высокойудельной поверхностью, узким распределением размеров кластеров ирасстояния между кластерами, может быть востребованной в некоторыхэлектрохимических приложениях, в частности, при использовании вэлектродах полимерных топливных элементов как из-за менее выраженнойсклонности к коалесценции, так и из-за более эффективно организованнойтрехфазной границы.Выводы1)Результаты независимых методов исследования: анализа краевых угловнаповерхностиположки,РФЭС,139двухэлектродныхизмеренийпроводимости границы раздела электрод/электролит, а также прямыенаблюдения в СЭМ согласованно подтверждают, что при экспозиции врастворе фторполимера Тефлон АФ в СК СО2 на поверхностиуглеродной ткани (пористый материал электродов ТЭ) формируетсягидрофобизующеевысокомолекулярноепокрытие,выигрышносочетающее высокую однородность при малой толщине.
Былопоказано, что площадь покрытия выраженно растет при увеличениизагрузки фторполимера, который практически полностью равномернопокрывает поверхность волокон углеродной ткани уже при такойсравнительно невысокой (в сопоставлении с литературными методамигидрофобизации материалов электродов) загрузке Тефлона АФ, как 2%.Было выявлено, что такие пленки, нанесенные из раствора в СК СО2 науглеродную пористую подложку, после стабилизации отжигом,демонстрируют устойчивость в модельных ресурсных испытаниях(долговременная экспозиция в воде, фосфорной кислоте, в реагентеФентона и при механическом воздействии в присутствии ПАВ),значительно превышающую стабильность фторполимерного покрытиясравнения, нанесенного из жидкой дисперсиилитературнойметодикегидрофобизации,по стандартнойкотораятребуетнеоптимального использования почти на порядок большего количествафторполимера.2)Выигрышные особенности СК СО2 как растворителя позволяютполучать покрытия фторполимеров с высокой степенью равномерностираспределения по поверхности дисперсного углеродного материалаHiSPEC 3000 (наночастицы Pt на углеродной саже Vulcan XC72r) сбольшой удельной поверхностью (~250 м2/г).
На основе результатовимпеданснойспектроскопииианализаполяризационныххарактеристик ТЭ было согласованно показано положительное влияниена условия протекания катодной полуреакции нанесенного из раствора140в СК СО2 фторполимерного покрытия на электрокаталитическомматериале HiSPEC 3000. Это, в том числе, обусловлено улучшенныммассопереносом — по-видимому, за счет перколированных газовыхканалов, образованных осажденным фторполимером уже при рекордномалых используемых количествах (в сравнении с литературой).
Приэтом островковая (не сплошная) природа покрытия, по даннымциклической вольтамперометрии, сохраняет возможность доступностиплатиновых частиц для электролита.3)Показано, что с использованием частично фторированных блоксополимеров возможно формировать в СК СО2 стабильные мицеллы иосаждать их на модельные подложки в квазирегулярные структуры. Наосновании этого был предложен, реализован и развит подход ксозданию организованных кластеров металлических наночастиц наподложках,путемодностадийногопроцессаинкапсулированиярастущих из металлоорганического прекурсора наночастиц внутриобразованных в СК СО2 блок-сополимерных мицелл под действиемподмешиваемого к СК СО2 водорода.
При этом, в полученных наподложках структурах не наблюдается свободных металлическихнаночастиц, осевших на подложку независимо от мицелл, чтосвидетельствует о высокой эффективности процесса захвата растущихнаночастиц блок-сополимерными мицеллами. Отработанный подходпозволяет при помощи относительно несложного и быстрого процессаполучать кластеры металлических наночастиц с фиксированнымимежкластернымрасстояниемиразмеромкластеров,атакжеиндивидуальным фторуглеродным окружением для каждого кластера –что может представлять интерес для электрохимических приложений.141БлагодарностиАвтор глубоко признателен своему научному руководителю, докторуфизико-математических наук Марату Олеговичу Галлямову, за внимательноеотношение и за помощь в научной деятельности.Автор благодарен за помощь в экспериментальных исследованиях и заобсуждениерезультатовнастоящейработыкандидатуфизико-математических наук Михаилу Сергеевичу Кондратенко и кандидату физикоматематическихнаукЭльмановичуИгорюВладимировичу.Авторблагодарит за помощь в экспериментальных исследованиях кандидатафизико-математических наук Александра Юрьевича Николаева, кандидататехнических наук Сергея Савельевича Абрамчука, кандидата химическихнаук Эрнеста Ефимовича Саид-Галиева.Список литературы1Larminie J.
Fuel Cell Systems Explained / James Larminie, AndrewDicks, – 2-е изд. // John Wiley & Sons Ltd – 2003.2Vielstich,W. Handbook of Fuel Cells: Fundamentals, Technology,Applications, volume 1. / Vielstich W., Arnold Lamm, Hubert A. Gasteiger //Wiley – 2003.3Haile, S.M. Fuel cell materials and components / Haile, S.M.
// ActaMaterialia – 2003 – V.51. – P.5981.4Savadogo, O. Emerging membranes for electrochemical systems: Part II.High temperature composite membranes for polymer electrolyte fuel cell (PEFC)applications / Savadogo O. // J Power Sources – 2004 – V.127 – P.135.5Xiao, L. High-Temperature Polybenzimidazoles for Fuel Cell Membranesvia a Sol-Gel Process. / L. Xiao, H. Zhang, E. Scanlon, L.S.
Ramanathan, E.W.142Choe, D. Rogers, T. Apple, B.C. Benicewicz // Chem Mater – 2005 – V.17 –P.5328.6Li, Q. PBI-Based Polymer Membranes for High Temperature Fuel Cells –Preparation, Characterization and Fuel Cell Demonstration / Q. Li, R. He, J.O.Jensen, N.J. Bjerrum // Fuel cells – 2004 – V.4 – P.147.7Staiti, P. Influence of composition and acid treatment on protonconduction of composite polybenzimidazole membranes / P.
Staiti, M. Minutoli //J Power Sources – 2001 – V.94 – P.9.8Malhorta, S. Membrane-Supported Nonvolatile Acidic Electrolytes AllowHigher Temperature Operation of Proton-Exchange Membrane Fuel Cells / S.Malhorta, R. Datta // J Electrochem Soc – 1997 – v.144 – L23.9Watanabe, M. Self‐Humidifying Polymer Electrolyte Membranes for FuelCells / M.Watanabe, H. Uchida, Y.Seki, M. Emori, P. Stonehart // J ElectrochemSoc – 1996 – V.143 – P. 3847.10Arico, A.S. Influence of the acid–base characteristics of inorganic fillerson the high temperature performance of composite membranes in direct methanolfuel cells / A.S.
Arico, V. Baglio, A. Di Blasi, P. Creti, P.L. Antonucci, V.Antonucci // Solid State Ion – 2003 – V.161 – P.251.11Silva, V.S. Characterization and application of composite membranes inDMFC / V.S. Silva, B. Ruffmann, S. Vetter, A. Mendes, L.M. Madeira, S.P.
Nunes// Catal Today – 2005 – V.104 – P.205.12Chalkova, E. Effect of TiO2 Surface Properties on Performance ofNafion-Based Composite Membranes in High Temperature and Low RelativeHumidity PEM Fuel Cells / E. Chalkova, M.V. Fedkin, D.J. Wesolowski, S.L.Lvov // J Electrochem Soc – 2005 – V.152 – P.A1742.13Varcoe, J. R.
Prospects for alkaline anion-exchange membranes in lowtemperature fuel cells / J.R. Varcoe, R.C.T. Slade / Fuel Cells – 2005 – V.5 –P.187.14314Schmittinger, W. A review of the main parameters influencing long-termperformance and durability of PEM fuel cells / W. Schmittinger, A. Vahidi // JPower Sources – 2008 – V.180 – P.1.15Давтян,О.К.Проблеманепосредственногопревращенияхимической энергии топлива в электрическую / О.К. Давтян // Изданиеакадемии наук СССР – 1947.16Hugers, G.
Fuel cell technology handbook / edited by G. Hugers // CRCPress LLC – 2003.17Biddick, R.E T Porous electrode comprising hydrophobic binder andhydrophilic material incorporated therein and method of fabricating same: пат.3386859 A, US / R.E. Biddick et al., заявитель: Union Oil Co; заявл. 04.11.1964;опубл.
04.06.1968.18Kamarudin, S.K. Overview on the challenges and developments ofmicro-direct methanol fuel cells (DMFC) / S.K. Kamarudin, W.R.W. Daud, S.L.Ho, U.A. Hasran // J Power Sources – 2007 – V.163 – P.743.19Boillat, P. In situ observation of the water distribution across a PEFCusing high resolution neutron radiography / P.
Boillat, D. Kramer, B.C. Seyfang,G. Frei, E. Lehmann, G.G. Scherer, A. Wokaun, Y. Ichikawa, Y. Tasaki, K.Shinohara // Electrochem Comm – 2008 – V.10 – P.546.20Spernjak, D. Experimental investigation of liquid water formation andtransport in a transparent single-serpentine PEM fuel cell / D. Spernjak, A.K.Prasad, S.G. Advani // J Power Sources – 2007 – V.170 – P.334.21Park, S.
Effect of PTFE content in microporous layer on watermanagement in PEM fuel cells / S. Park, J.-W. Lee, B.N. Popov // J Power Sources– 2008 – V.177 – P.457.22Li, H. A review of water flooding issues in the proton exchangemembrane fuel cell / H. Li, Y. Tang, Z. Wang, Z. Shi, S. Wu, D. Song, J. Zhang,144K. Fatih, J.
Zhang, H. Wang, Z. Liu, R. Abouatallah, A. Mazza // J Power Sources– 2008 – V.178 – P.103.23Hartling, Ch. Combined neutron radiography and locally resolved currentdensity measurements of operating PEM fuel cells / Ch. Hartnig, I. Manke, N.Kardjilov, A. Hilger, M. Grünerbel, J. Kaczerowski, J. Banhart, W. Lehnert // JPower Sources – 2008 – V.176 – P.452.24Atiyeh, H.K. Experimental investigation of the role of a microporouslayer on the water transport and performance of a PEM fuel / H. K. Atiyeh, KunalKaran, B. Peppley, A. Phoenix, E.
Halliop, J. Pharoah // J Power Sources – 2007 –V.170 – P.111.25Stumper, J. Recent advances in fuel cell technology at / J. Stumper, C.Stone // J Power Sources – 2008 – V.176 – P.468.26Mathias, M. Fuel cell hand book / M. Mathias, J. Roth, J. Fleming, W.Lehnert, in: W. Vielstich, H. Gasteiger,A. Lamm (Eds.), Handbook of Fuel Cells:Fundamentals, Technology and Applications, vol. 3 // John Wiley & Sons Ltd. –2003.27Cindrella, L. Gas diffusion layer for proton exchange membrane fuelcells—A review / L. Cindrella, A.M. Kannan, J.F. Saminatha, Y. Ho, C.W. Lin, J.Wertz // J Power Sources – 2009 – V.194 – P.146.28Ralph, T.R. Low cost electrodes for proton exchange membrane fuelcells/ T.R. Ralph, G.A.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
