Сети из углеродных нанотрубок для топливных элементов
Благодаря успешному сочетанию рекордно высокой удельной поверхности (до 1300 см2/г) с хорошими электрическими чертями, углеродные нанотрубки (УНТ) смогут быть действенно использованы для того чтобы в топливных элементах. Наряду с этим удается всецело избавиться от железных подробностей, что разрешает значительно снизить массу устройства при сохранении его энергетических параметров.
Такая возможность была показана сравнительно не так давно сотрудниками Университета М. Планка в Штутгарте (ФРГ), каковые изготовили топливный элемент с электродами из сетей, складывающихся из однослойных УНТ.
Материал, содержащий однослойные УНТ, синтезировали стандартным электродуговым способом и очищали посредством ультразвуковой обработки в концентрированной азотной кислоте. Взятую суспензию смешивали с политетрафторэтиленом и фильтровали через поликарбонатную мембрану. В следствии этого на фильтре оседала запутанная гидрофобная сеть из УНТ, которая служила частью газодиффузионного электрода.
После этого через взятую гидрофобную сеть фильтровали новую часть суспензии, что приводило к образованию гидрофильной сети поверх гидрофобной. После этого на верхнюю поверхность гидрофильной сети наносили 0,1М раствор H2PtCl6 в изопропаноле, что служил прекурсором для образования катализатора. Восстановление прекурсора до железной платины (размер частиц 2–3 нм) проводили в течение часа при температуре 100оС в потоке водорода.
Обрисованную процедуру использовали для изготовления как анода, так и катода. Наряду с этим поликарбонатную мембрану не удаляли, а применяли в качестве контейнера и сепаратора для электролита.
Рис. 1. Схема газодиффузионного электрода, изготовленного на базе сетей УНТ (слева) и его расоложение на топливном элементе (справа)
Изготовленные так электроды испытывали в конструкции топливного элемента, представленной на рис. 1. Элемент складывался из биполярных пластин, удаления и системы подачи газа и устройств для создания газовых потоков. Электроды были обращены гидрофобной стороной к потоку, а гидрофильной стороной, покрытой мембраной, к противоположному электроду.
Мембранные фильтры смачивали электролитом, в качестве которого применяли концентрированную фосфорную кислоту.
Опробования продемонстрировали, что проводимость изготовленных электродов на базе сетей УНТ более чем на два порядка превышает соответствующий параметр для стандартных электродов на базе аморфного углерода, тогда как масса и толщина этих электродов приблизительно на порядок ниже стандартных. Наряду с этим токовые характеристики электродов на базе УНТ до тех пор пока на пара десятков процентов уступают соответствующим параметрам стандартных устройств, что возможно обусловлено не хватает оптимальной процедурой изготовления.
А.В. Елецкий
- 1. M. Kaempgen et al., Appl. Phys. Lett. 92, 094103 (2008)