Studier på bipolare brenselelementplater. Metoden for beskyttelse mot oksydasjon av bipolare plater og samlere av strøm av elektrolysere og brenselceller med fast polymerelektrolytt

Utviklingen av brenselceller er trolig den mest ønskelige teknologien i dagens industriens transportindustri, siden utviklerne bruker kolossal årlig, beløpene på jakt etter et levedyktig alternativ (eller tillegg) forbrenningsmotor. Dana ingeniører i løpet av de siste årene sendte Dana Engineers sin produksjon og tekniske evner for å løse problemet med å redusere avhengigheten av bilen fra tradisjonelle energikilder. Gjennom menneskehetens historie endret de viktigste kildene til energi fra faste brennstoffer (som tre og kull) mot væske (olje). I de kommende årene, så mange, antas gassformige produkter å gradvis bli en dominerende energikilde rundt om i verden.

Hvis kort, er brenselcellen en elektrokjemisk anordning hvor energien til den kjemiske reaksjonen omdannes direkte til elektrisitet, varme og aske. Denne prosessen endres til den bedre lave effektiviteten til den tradisjonelle termomekaniske transformasjonen av energibæreren.

Fig. Bil med drivstoffelementer

Hydrogen er det første eksempelet på fornybar gassformet brensel, som lar deg lede en slik reaksjon og til slutt å motta elektrisk energi. Og denne prosessen forurenser ikke miljøet.

En typisk modell av brenselcellen ved hjelp av hydrogenenergi inkluderer hydrogen, strøm i retning av anoden av brenselcellen, hvor det ved hjelp av en elektrokjemisk prosess er et hydrogenmolekyl delt i elektroner og positivt ladede ioner i nærvær av a platina katalysator. Elektroner er også krysset av Proton Exchange Membran (Proton Exchange Membrane - Rem), og derved generert av elektrisk strøm. Samtidig fortsetter positive hydrogenioner å diffundere gjennom brenselcellen gjennom REM. Deretter kombineres elektronene og positive hydrogenioner med oksygen på katodesiden, danner vann og fremhever varme. I motsetning til den tradisjonelle bilen med en forbrenningsmotor, lagres elektrisitet her i batterier eller går direkte til trekkraft-elektriske motorer, som i sin tur fører til rotasjon av hjulet.

En av hindringene for systemer basert på brenselceller er mangelen på infrastruktur for tiden for fremstilling eller tilførsel av tilstrekkelige hydrogenvolumer. Som et resultat forblir det viktigste uløste problemet tilstedeværelsen av en bestemt type drivstoff som brukes i brenselcellen. Bensin og metanol er de mest sannsynlige energibærere for brenselceller. Men hver type drivstoff står fortsatt overfor sine egne problemer.

For tiden utvikles teknologien for komposittbipolare plater, loddet i form av mesh, rørledninger og integrerte isolatorer. Ingeniører utvikler metallbipolare plater med spesielle belegg, høy temperaturkanaler i den nåværende regionen, høy temperaturisolatorer og med høy temperatur sydd. De utvikler også kontrollmetoder og utformingen av drivstoffprosessorer, parokonatorer, foreløpige varmeovner og kjølemoduler med integrerte fans og motorer. Utvikling av løsninger for transport av hydrogen, karbonholdig væsker, deionisert vann og luft til forskjellige deler av systemet fortsetter. Dana Filtring Group utvikler filtre for luftinntaket av drivstoffelementsystemet.

Det er anerkjent at hydrogenet - fremtidens drivstoff. Det er også verdsatt at brenselcellene i siste instans vil ha en betydelig innvirkning på bilindustrien.

Det forventes at biler og lastebiler med hjelpestoffceller for å sikre at klimaanleggets energi og andre elektronikk snart vises på veiene.

Fig. Brenselceller med bil (

Eiere av Patent RU 2577860:

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for beskyttelse mot oksydasjon av bipolare plater av brenselceller og strømsamlere med en fast polymerelektrolytt (TPE), som består i forbehandling av et metallsubstrat, som påfører det behandlede metallsubstratet av elektrisk ledende belegg av Noble metaller ved magnetron-ion sprøyting. Fremgangsmåten er preget av det faktum at det elektrisk ledende belegg påføres det behandlede substratet med festingen av hvert lag av pulserende implantasjon av oksygenioner eller inertgass. Det tekniske resultatet er å oppnå et jevnt belegg med en ressurs ressurs, 4 ganger høyere enn den resulterende prototypen, og lagring av ledende egenskaper. 7 Z.P. F-løgner, 3 il., 1 fan., 16 pr.,

Technicia.

Oppfinnelsen vedrører feltet kjemiske kilder til strøm, nemlig til metoder for å skape beskyttende belegg av metallsamlere (i tilfelle av elektrolysere) og bipolare plater (i tilfelle av brenselceller - TE) med fast polymerelektrolytt (TPE). I prosessen med elektrolyse blir nåværende samlere laget som regel fra porøs titan underkastet en konstant effekt av aggressivt oksygen media, ozon, hydrogen, som fører til en oksygenfilm (anode) dannelse av oksydfilmer, som et resultat, Elektrisk motstand øker, elektrisk ledningsevne og ytelse øker elektrolyseren. På hydrogenoppsamleren (katode) av strømmen som følge av gulvene på overflaten av det porøse titan, skjer det sin korrosjonsprengning. Arbeidet i slike tøffe forhold med konstant fuktighet, nåværende samler og bipolare plater, trenger pålitelig korrosjonsbeskyttelse.

Hovedkravene for korrosjonsbeskyttende belegg er lav elektrisk kontaktbestandighet, høy elektrisk ledningsevne, god mekanisk styrke, enhetlighet av påføring over hele overflateareal for å skape en elektrisk kontakt, lave kostnader for materialer og produksjonskostnader.

For installasjoner med TPE, er også det viktigste kriteriet den kjemiske belegningsresistensen, umuligheten av å bruke metaller som endrer graden av oksidasjon under drift og fordamping, noe som fører til membranforgiftning og katalysator.

Gitt alle disse kravene, PT, PD, IR og deres legeringer er perfekte beskyttende egenskaper.

BAKGRUNN

For tiden er mange forskjellige måter å skape beskyttende belegg kjent - galvanisk og termisk gjenvinning, ionimplantasjon, fysisk utfelling fra dampfasen (PVD-sprøytemetoder), kjemisk avsetning fra dampfasen (CVD-sprøytemetoder).

Den kjente teknikk er kjent for beskyttelse av metallsubstrater (US patent US-nr. 6887613 for oppfinnelsen, publ. 03.05.2005). Pre-fra overflaten av metallet ble fjernet ved et oksydlag, passiverende overflaten, kjemisk etsning eller mekanisk behandling. Et polymerbelegg ble påført på substratet, blandet med ledende gull, platina, palladium, nikkel, etc. Polymeren er valgt ved sin kompatibilitet med et metallsubstrat - epoksyharpikser, silikoner, polyfenoler, fluorpolymerer, etc. Belegget var påført med en tynn film ved hjelp av elektroforetisk avsetning; børste; Sprøyting i form av pulver. Belegget har gode anti-korrosjonsegenskaper.

Ulempen med denne metoden er den høye elektriske motstanden av laget på grunn av tilstedeværelsen av polymerkomponenten.

Den kjente teknikk er kjent fra den kjente teknikk (se patent CSHA nr. 7632592 for oppfinnelsen, publ. 15.12.2009), som foreslår opprettelsen av anti-korrosjonsbelegg på bipolare plater ved bruk av en kinetisk (kald) prosess for sprøyting av platina Pulver, palladium, rhodium, ruthenium og deres legeringer. Sprøyting ble utført av en pistol med en komprimert gass, så som helium, som tilføres en pistol ved høyt trykk. Bevegelseshastighet på pulverpartikler 500-1500 m / s. Accelerert partikler forblir i solid og relativt kald tilstand. I prosessen er det ingen oksidasjon av dem og smelting, den gjennomsnittlige tykkelsen på laget er 10 nm. Gripet av partikler med et substrat avhenger av en tilstrekkelig mengde energi - med utilstrekkelig energi er det et svakt partikkelgrep, med svært høye energier, partiklene og substratet deformeres, en høy grad av lokal oppvarming opprettes.

Den kjente teknikk er kjent for beskyttelse av metallsubstrater (se US patent US Nei. 7700212 for oppfinnelsen, publ. 04/20/2010). Pre-overflaten av substratet ga grovhet for å forbedre koblingen med belegningsmaterialet. To belegglag ble påført: 1 - fra rustfritt stål, en lagtykkelse fra 0,1 μm til 2 μm, 2-dekklag av gull, platina, palladium, ruthenium, rhodium og legeringer, ikke mer enn 10 nm tykk. Lagene ble påført ved anvendelse av en termisk sprøyting ved anvendelse av en pistol, fra sprøytedøren, hvis strømmen av smeltede partikler ble kastet ut, som dannet et kjemisk binding med en metalloverflate, er det også mulig å belegge med en PVD-metode (fysisk utfelling fra dampfasen). Tilstedeværelsen av 1 lag reduserer korrosjonshastigheten og reduserer produksjonskostnadene, men dets nærvær fører også til mangel på rustfritt stål, et passivt lag av kromoksyd dannes, noe som fører til en signifikant økning i kontaktmotstanden til anti- -Korrosjonsbelegg.

Den kjente teknikk er kjent fra prioritetsnivået (se US patent US Nei. 7803476 for oppfinnelsen, publ. 09/28/2010)., Hvor etableringen av ultra-tynne belegg laget av edelt metall PT, PD, OS, RU, RO, IR og legeringer, tykkelse Beleggene er fra 2 til 10 nm, det er foretrukket til og med et enkeltnukleært lag med en tykkelse på 0,3 til 0,5 nm (tykkelse som er lik diameteren av belegningsatomet). Pre-on the bipolar plate ble påført av et nonmetalla lag med en god porøsitet - kull, grafitt i en blanding med en polymer eller metall - aluminium, titan, rustfritt stål. Metallbelegg ble anvendt ved sprøyting av elektronbjelke, elektrokjemisk utfelling, magnetron-ion-sprøyting.

Fordelene ved denne metoden inkluderer: Utelukkelsen av stadiet av etsning av substratet for å fjerne oksider, lavkontaktmotstand, minimumskostnad.

Ulemper - I tilfelle av et ikke-metallisk lag øker elektrisk kontaktmotstand på grunn av forskjeller i overflateenergier og andre molekylære og fysiske interaksjoner; Det er mulig å blande de første og andre lag, som et resultat, ikke-denominerte metaller som er utsatt for oksidasjon, kan være på overflaten.

Teknologienes teknologi er kjent for beskyttelse av et metallsubstrat (se US patent US-nr. 7150918 for oppfinnelsen, publ. 19.12.2006), inkludert: Behandling av et metallsubstrat for å fjerne oksider fra overflaten, påføring av en elektrisk ledende Korrosjonsbestandig metallbelegg av edle metaller, påføring av elektrisk ledende korrosjonsbestandig polymerbelegg.

Ulempen med denne metoden er høy elektrisk motstand i nærvær av en signifikant mengde bindemiddelpolymer, i tilfelle et utilstrekkelig antall bindemiddelpolymer, vaskes de elektrisk ledende partikler av sot fra polymerbelegget.

Den kjente teknikk er kjent for beskyttelse av bipolare plater og nåværende samlere fra korrosjonsprototype (se US patent US Nei. 8785080 for oppfinnelsen, publ. 07.22.2014), inkludert:

Behandling av substratet i kokende deionisert vann, eller varmebehandling ved temperaturer over 400 ° C, eller soaking i kokende deionisert vann for å danne et passivt oksydlag med en tykkelse på 0,5 nm til 30 nm tykk

Påføring av et elektrisk ledende metallbelegg (PT, RU, IR) på et passivt oksydlag med en tykkelse på 0,1 nm til 50 nm. Belegget ble påført ved magnetron-ion-sprøyting, inndampning av elektronbjelke eller ionisk utfelling.

Tilstedeværelsen av et passivt oksydlag øker korrosjonsbestandigheten av metallbelegget, og fører imidlertid til ulemper - ikke-ledende oksydlag forverrer de ledende egenskapene til belegg.

Avsløring av oppfinnelsen

Det tekniske resultatet av den påkrevde oppfinnelsen er å øke stabiliteten av belegget til oksidasjon, og øker korrosjonsbestandigheten og ressursressursen og bevaring av ledende egenskaper som er iboende i det ikke-sure metall.

Det tekniske resultatet oppnås ved at metoden for beskyttelse mot oksydasjon av bipolare plater av brenselceller og samlere av de nåværende elektrolysere med en fast polymerelektrolytt (TPE) er at metallsubstratet er forbehandlet, det elektrisk ledende belegget av Noble metaller påføres det behandlede metallsubstratet ved bruk av magnetron-ion-sprøytemetoden, i dette tilfelle, det elektrisk ledende belegg påføres i et lag med festingen av hvert lag av pulserende implantasjon av oksygenioner eller inertgass.

I en foretrukket utførelsesform brukes platina eller palladium eller iridium eller blanding derav som edle metaller. Impulsimplantatet av ioner er produsert med en gradvis reduksjon i ioner og doseenergi. Den totale beleggtykkelsen varierer fra 1 til 500 nm. Sekvensielt sprøytet lag har en tykkelse på 1 til 50 nm. Argon, eller Neon, eller Xenon, eller Krypton brukes som en inert gass. Energien av implanterbare ioner er fra 2 til 15 KEV, og dosen av implanterbare ioner er opptil 10 15 ioner / cm2.

Kort beskrivelse av tegningene

Tegn og essens av den påkrevde oppfinnelsen er illustrert i en etterfølgende detaljert beskrivelse, illustrert av tegninger og et bord hvor følgende er vist.

FIG. 1 er fordelingen av platina og titanatomer forskjøvet som et resultat av implantasjonen av argonimplantering (beregning av Srim-programmet).

FIG. 2 - Seksjon av titan substrat med sprøytet platina før argonimplantasjon, hvor

1 - titan substrat;

2 - Platinum lag;

3 - Porene i platinlaget.

FIG. 3 - Seksjon av et titan substrat med sprøytet platina etter argonimplantasjon, hvor:

1 - titan substrat;

4 - Intermediate Titanium-platinum lag;

5 - Platinumbelegg.

Tabellen viser egenskapene til alle eksempler på implementeringen av den hevde oppfinnelsen og prototypen.

Implementering og eksempler på gjennomføringen av oppfinnelsen

Metoden for magnetron-ion-sprøyting er basert på prosessen basert på dannelsen av katoden (målet) av det ringformede plasma som et resultat av kollisjonen av elektroner med gassmolekyler (vanligvis argon). Positive gassioner dannet i utslippet ved anvendelse av et negativt potensial for substratet, akselererer i det elektriske feltet og preget atomer (eller ioner) av målmaterialet, som er avsatt på overflaten av substratet, danner filmen på overflaten .

Fordelene ved metoden for magnetron-ion-sprøyting er:

Høy sprøytehastighet av utfelt substans ved lave betjeningsbelastninger (400-800 V) og ved lavt driftsgasstrykk (5 · 10 -1 -10 PA);

Evnen til å regulere i det brede spekteret av sprøytinghastighet og nedbør av det sprøyte stoffet;

Liten grad av forurensning av utfelt belegg;

Muligheten for samtidig sprøyting av mål fra et annet materiale og som et resultat, muligheten for å oppnå belegg av en kompleks (multikomponent) sammensetning.

Relativ enkelhet av implementering;

Lav pris;

Enkel skalering.

Samtidig er dannende belegget preget av nærvær av porøsitet, har lav styrke og ikke god vedheft med et substratmateriale på grunn av den lave kinetiske energien til sprøyteatomer (ioner), som er ca. 1-20 EV. Et slikt nivå av energi tillater ikke å sikre penetrering av atomer av et sprøytet materiale i nær overflatelag av substratmaterialet og sikre opprettelsen av et mellomlag med høy affinitet for substratmaterialet og belegget, høy korrosjonsbestandighet og relativt lav motstand, selv når oksydflatefilmen dannes.

I rammen av den hevde oppfinnelsen løses oppgaven med å øke motstanden og bevaringen av ledende egenskaper av elektroder og beskyttende belegg av strukturelle materialer ved eksponering for belegget og substratet av strømmen av akselerert ioner, som utfører bevegelsen av belegget Materiale og substratet på atomnivået, som fører til interiuunity av substratmaterialet og belegget, hvilket resulterer i erosjon av grensen til seksjonen av belegget og substratet med dannelsen av mellomfasen.

Typen av akselerert ioner og deres energi er valgt avhengig av belegningsmaterialet, dets tykkelse og substratmateriale på en slik måte at de forårsaker bevegelsen av belegg og substratatomer og omrøring av dem på grensen til fasepartisjonen med minimal sprøyting av belegg materiale. Utvalget er laget med passende beregninger.

FIG. 1 viser de beregnede dataene om bevegelsen av beleggatomene som består av platina 50a og substratatomene som består av titan når det er utsatt for argonioner med en energi på 10 KEV. Nedre energikoner på nivået på 1-2 KEV kommer ikke til grensene til fasepartisjonen og sørg for ikke den effektive blanding av atomer for et slikt system på grensen til fasepartisjonen. Men ved energier, over 10 KEV, er det en betydelig sprøyting av platinabelegg, noe som påvirker produktressursen negativt.

Således, i tilfelle av et enkeltlags belegg av en stor tykkelse og høy energi som kreves for å trenge inn i de implanterbare ioner til grensen til faseseparasjonen, er det sprøyting av beleggatomer og tap av edle metaller, i tilfelle av a Liten beleggtykkelse Ved den optimale energien i ionene, trenger beleggatomene inn i substratmaterialet, og blanding av materialsubstrater og belegg og en økning i belegningsstyrken. Imidlertid gir en slik liten (1-10 nm) beleggtykkelse ikke en lang produktressurs. For å øke styrken til belegget, er dens ressurs og redusert tap i sprøyting, idet impulsimplantasjonen av ioner utføres med lag (tykkelsen av hvert lag 1-50 nm) belegg med en gradvis reduksjon i energien av ioner og doser. Reduksjonen i energi og dose gjør det mulig å praktisk talt eliminere tapet ved sprøyting, men det gjør at du kan sikre den nødvendige adhesjon av de påførte lagene med substratet, som allerede er påført på samme metall (fraværet av fasepartisjonen) øker sin homogenitet. Alt dette bidrar også til å øke ressursen. Det skal bemerkes at filmene med en tykkelse på 1 nm ikke gir en betydelig (som kreves for nåværende samlere) for å øke produktressursen, og den foreslåtte metoden øker kostnadene betydelig. Filmer med en tykkelse på mer enn 500 nm bør også betraktes som økonomisk ikke-lønnsomme, fordi Strømningshastigheten til platinagruppemetaller øker betydelig, og ressursen til produktet som helhet (elektrolyser) begynner å være begrenset til andre faktorer.

I gjentatte ganger påføring av belegningslagene, er behandlingen av høyere energi ved ioner hensiktsmessig først etter at det første laget med en tykkelse på 1-10 nm, og ved behandling av de påfølgende lagene med en tykkelse på opptil 10-50 nm for å forsegle dem , det er nok argonioner med en energi på 3-5 KEV. Implantasjon av oksygenioner Ved påføring av de første lagene av belegg, sammen med løsningen av de ovennevnte problemene, kan du lage en korrosjonsbestandig oksydfilm på overflaten som legoyed av belegget.

Eksempel 1 (prototype).

Prøver av titanfolie merkevare BT1-0 med et areal på 1 cm2 er en tykkelse på 0,1 mm og det porøse titan av TPP-7 Grad 7 cm2 plassert i tørkeskapet og holdes ved en temperatur på 450 ° C i 20 minutter.

Prøver klemmes vekselvis og installeres i en spesiell prøvemonteringsholder av magnetron-ion-sprøytingen i verden-1 med et avtagbart platinmål. Kameraet er stengt. Slå på den mekaniske pumpen og produsere luftpumping fra kammeret til et trykk på ~ 10 -2 Torr. Kamera pumping overlapping og åpne diffusjonspumpen pumping og slå den på. Etter ca. 30 minutter går diffusjonspumpen til driftsmodus. Åpne kammerpumping gjennom diffusjonspumpen. Etter å ha nådd trykket på 6 × 10 -5 Torr, startet Argons lansering i kammeret. Propellen er satt av trykket i argon 3 × 10 -3 Torr. En jevn økning i spenningen på katoden antennes av utløpet, lysstyrken er satt 100 W, forskyvningsspenningen tilføres. Åpne spjeldet mellom målet og holderen og begynn å telle behandlingstiden. Under behandlingen styres trykket i kammeret og utløpsstrømmen. Etter 10 minutters behandling, slå av utløpet, slå av rotasjonen, overlappe strømmen av argon. Etter 30 minutter, overlapper kameraet pumping. Slå av oppvarming av diffusjonspumpen, og etter avkjølingen, slå av den mekaniske pumpen. Kameraet åpnes til atmosfæren og trekker ut rammen med prøven. Tykkelsen på det sprøytebelegget var 40 nm.

De resulterende materialene med belegg kan anvendes i elektrokjemiske celler, hovedsakelig i elektrolysatorene med en fast polymerelektrolytt, som katode og anodematerialer (nåværende samlere, bipolare plater). Maksimumsproblemene forårsaker anodiske materialer (intensiv oksidasjon), i forbindelse med dette, ble ressursprøver utført ved bruk av dem som en anoder (det vil si med positivt potensial).

Til den resulterende typen titanfolie ved punktsveising er strømledningen sveiset og plassert som den utførte elektroden i en treelektrodcelle. Som en anti-elektrode anvendes PT-folie med et areal på 10 cm2, en standard klorert elektrode, forbundet med en celle gjennom en kapillær, brukes som en elektrode sammenligning. Som en elektrolytt anvendt en løsning på 1m H2S04 i vann. Målinger utføres ved hjelp av en Azrivival-enhet 10-0.05A-6 V (produksjon av Bunder LLC, St. Petersburg) i Galvanostatisk modus, dvs. Den ledende elektroden har et positivt DC-potensial som er nødvendig for å oppnå en strøm på 50 mA. Testene består i å måle endringen i potensialet som er nødvendig for å oppnå denne nåværende i tide. Hvis potensialet overskrides over, anses 3,2 per elektrisk ressurs å være utmattet. Den resulterende prøven har en ressurs i 2 timer 15 minutter.

Eksempler 2-16 ifølge den påkrevde oppfinnelsen.

Prøver av titanfolie VT1-0 Grad 1 cm2, en tykkelse på 0,1 mm og et porøst titan av TPP-7-grader 7 cm 2 koker i isopropylalkohol i 15 minutter. Deretter dreneres alkoholen og prøvene kokes 2 ganger til 15 minutter i avionisert vann med en forandring i vann mellom koking. Prøver oppvarmes i en oppløsning av 15% saltsyre opp til 70 ° C og holdes ved en gitt temperatur i 20 minutter. Deretter dreneres syren og prøvene kokes 3 ganger i 20 minutter i avionisert vann med en forandring i vann mellom koking.

Prøver blir alternativt plassert i installasjonen av magnetron-ion-sputtering av verden-1 med et platinmål og et platinbelegg påføres. Magnetron strøm 0,1 A, magnetron spenning 420 B, gass argon med resttrykk - 0,86 Pa. På 15 minutter oppnås sprøyten med en tykkelse på 60 nm. Det resulterende belegget er utsatt for strømmen av argonioner ved fremgangsmåten for plasma pulserende ionimplantasjon.

Implantasjon utføres i strømmen av argonioner med maksimal energi på 10 KEV-ioner gjennomsnittlig energi - 5 KEV. Dosen under eksponering var 2 * 10 14 ioner / cm 2. Type tverrsnitt av belegget etter implantasjon er vist på fig. 3.

Den resulterende prøven testes i en tre-elektrodecelle, idet prosessen ligner på det resulterende eksempel 1. Den resulterende prøven har en 4 timers ressurs. Til sammenligning er data på titanfolie-ressursen med den innledende sprøytet platinfilmen (60 nm) uten argonimplantasjon 1 time.

Eksempler 3-7.

Prosessen ligner på de ovennevnte 2, men varierer dosen av implantasjon, energien av ioner og tykkelsen på belegget. Dosen av implantasjon, energien til ionene, tykkelsen på belegget, samt operasjonsressursen til de oppnådde prøvene er vist i tabell 1.

Fremgangsmåten er lik den angitte i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene med en tykkelse av det sprøytelaget opp til 15 nm behandles i en kryptonstrøm med maksimal energi på 10 kevioner og en dose på 6 * 10 14 ioner / cm 2. Den resulterende prøven har en ressurs i 1 time 20 minutter. I henhold til elektronmikroskopien reduserte tykkelsen av platinlaget til en verdi på 0-4 nm, men samtidig ble et lag av titanformet dannet med platinatomer introdusert i den.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene med en tykkelse av det sprøytelaget 10 nm behandles i strømmen av argonioner med maksimal energi av ioner 10 KEV og dose 6 * 10 14 ion / cm 2. Etter påføring av det andre laget utføres en tykkelse på 10 nm behandling i strømmen av argonioner med en energi på 5 kEV og en dose 2 * 10 14 ion / cm2, og deretter 4 ganger gjentar sprøytet med en tykkelse på Det nye laget av 15 nm, og hvert påfølgende lag behandles i ionstrømmen Argon med en energi av ioner 3 KEV og en dose på 8 * 10 13 ion / cm2. Den resulterende prøven har en ressurs i 8 timer 55 minutter.

Eksempel 10.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene med en tykkelse av det sprøytet lag 10 nm behandles i strømmen av oksygenioner med maksimal energi av ioner 10 KEV og dose 2 * 10 14 ion / cm 2. Etter påføring av det andre laget utføres en tykkelse på 10 nm i strømmen av argonioner med en energi på 5 førerhus og dose 1 * 10 14 ion / cm2, og deretter gjentar 4 ganger sprøyten med en tykkelse på en ny Lag 15 nm, mens hvert påfølgende lag behandles i strømmen av argonioner med energien til ionene 5 KEV og en dose på 8 * 10 13 ion / cm 2 (slik at det ikke er sprøyting!). Den resulterende prøven har en ressurs i 9 timer 10 minutter.

Eksempel 11.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene er plassert i installasjon av magnetron-ion-sprøyting i verden-1 med et iridiummål og et iridiumbelegg påføres. Magnetron strøm 0,1 A, magnetron spenning 440 V, gass argon med resttrykk - 0,71 Pa. Sprøytehastigheten sikrer dannelsen av 60 nm tykkelse på 18 minutter. Det resulterende belegget er utsatt for strømmen av argonioner ved fremgangsmåten for plasma pulserende ionimplantasjon.

Prøver med en tykkelse av det første sprøytelaget 10 nm behandles i strømmen av argonioner med maksimal energi av ioner 10 KEV og en dose 2 * 10 14 ion / cm2. Etter påføring av det andre laget utføres en tykkelse på 10 nm behandling i strømmen av argonioner med en energi på 5-10 kEV og en dose på 2 * 10 14 ion / cm2, og deretter 4 ganger gjentatt sprøyting med a Tykkelse av et nytt lag på 15 nm, hver påfølgende lag behandles i strømmen argon ioner med 3 kev ioner og dose 8 * 10 13 ion / cm2. Den resulterende prøven har en ressurs i 8 timer 35 minutter.

Eksempel 12.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene er plassert i installasjon av magnetron-ion-sprøyting MIR-1 med et mål for platina legering med Iridium (WEL-30-legering i henhold til GOST 13498-79) , et belegg som består av platina og iridium påføres. Magnetron strøm 0,1 A, magnetron spenning 440 V, gass argon med resttrykk - 0,69 Pa. Sprøytehastigheten sikrer dannelsen av 60 nm tykkelse på 18 minutter. Det resulterende belegget er utsatt for strømmen av argonioner ved fremgangsmåten for plasma pulserende ionimplantasjon.

Prøver med en tykkelse av et sprøytet lag 10 nm behandles i strømmen av argonioner med maksimal energi av ioner 10 KEV og en dose 2 * 10 14 ion / cm2, og deretter 5 ganger gjentatt sprøyting med en tykkelse på en ny lag 10 nm. Etter påføring av det andre laget behandles de i strømmen av argonioner med en energi på 5-10 kEV og en dose på 2 * 10 14 ion / cm2, og hvert etterfølgende lag behandles i strømmen av argonioner med Energi av ioner 3 KEV og dose 8 * 10 13 ion / cm 2. Den resulterende prøven har en ressurs i 8 timer 45 minutter.

Eksempel 13.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene er plassert i installasjon av magnetron-ion-sprøyting verden-1 med palladiummål og palladiumbelegg påføres. Magnetron strøm 0,1 A, magnetron spenning 420 V, gass-argon med resttrykk - 0,92 Pa. På 17 minutter oppnås sprøyten med en tykkelse på 60 nm. Prøver med en tykkelse på et sprøytet første lag 10 nm behandles i strømmen av argonioner med maksimal energi av ioner 10 kEV og en dose 2 * 10 14 ion / cm2. Etter påføring av det andre laget utføres en tykkelse på 10 nm behandling i strømmen av argonioner med en energi på 5-10 kEV og en dose på 2 * 10 14 ion / cm2, og deretter 4 ganger gjentatt sprøyting med a Tykkelse av et nytt lag på 15 nm, hver påfølgende lag behandles i strømmen argon ioner med 3 kev ioner og dose 8 * 10 13 ion / cm2. Den resulterende prøven har en ressurs i 3 timer 20 minutter.

Eksempel 14.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 2 og er karakterisert ved at prøvene er plassert i installasjon av magnetron-ion-sprøyting av verden-1 med et mål som består av et platina, inkludert 30% karbon og et belegg som består av Platina og karbon brukes. Magnetron strøm 0,1 A, magnetron spenning 420 V, gass-argon med resttrykk - 0,92 Pa. På 20 minutter oppnås sprøyten med en tykkelse på 80 nm. Prøver med en tykkelse av det sprøytelaget 60 nm behandles i strømmen av argonioner med maksimal energi av ioner 10 KEV og en dose 2 * 10 14 ion / cm2, og deretter 5 ganger gjentatt sprøyting med en tykkelse på en ny lag 10 nm. Etter påføring av det andre laget behandles de i strømmen av argonioner med en energi på 5-10 kEV og en dose på 2 * 10 14 ion / cm2, og hvert etterfølgende lag behandles i strømmen av argonioner med Energi av ioner 3 KEV og dose 8 * 10 13 ion / cm 2. Den resulterende prøven har en 4 timers ressurs på 30 minutter.

Eksempel 15.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 9 og preges av det faktum at 13 lag sprøytes, tykkelsen av den første og den andre 30 nm, påfølgende 50 nm, er energien til ionene konsekvent redusert fra 15 til 3 kev, Implantasjonsdosen fra 5 · 10 14 til 8 · 10 13 ion / cm2. Den resulterende prøven har en ressurs i 8 timer 50 minutter.

Eksempel 16.

Prosessen ligner de som er gitt i eksempel 9 og er karakterisert ved at tykkelsen av det første laget er 30 nm, de påfølgende seks lagene på 50 nm, dosen av implantasjon fra 2 · 10 14 til 8 · 10 13 ion / cm 2. Den resulterende prøven har en ressurs i 9 timer 05 minutter.

Således gjør den deklarerte beskyttelsesmetode mot oksydasjon av bipolare plater av TE og elektrisatorsamlere med TPE det mulig å oppnå et stabilt belegg med en ressursressur, 4 ganger høyere enn prototypen oppnådd og lagring av ledende egenskaper.

1. Fremgangsmåte for beskyttelse mot oksydasjon av bipolare plater av brenselceller og strømsamlere med en fast polymer elektrolytt (TPE), som består i forbehandling av et metallsubstrat, påført det behandlede metallsubstratet av elektrisk ledende belegg av edle metaller ved magnetron-ion-sprøyting, karakterisert ved fremgangsmåten for magnetron-ion-sprøyting, karakterisert ved det behandlede substratet elektrisk ledende belegglaget med festingen av hvert lag av pulserende implantasjon av oksygenioner eller inertgass.

2. Metode for beskyttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at platina eller palladium, eller iridium, eller blanding derav, brukes som edle metaller.

3. Metode for beskyttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at impulsimplantasjonen av ioner er fremstilt med en gradvis reduksjon i energien av ioner og dose.

4. Fremgangsmåte for beskyttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at beleggets totale tykkelse er fra 1 til 500 nm.

5. Fremgangsmåte for beskyttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at konsekvent sprøytelag har en tykkelse på 1 til 50 nm.

6. Metode for beskyttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at argon eller neon, eller xenon eller krypton brukes som en inert gass.

7. Metode for beskyttelse ifølge krav 1, karakterisert ved at energien av implanterbare ioner er fra 2 til 15 KEV.

8. Beskyttelsesmetoden i henhold til s. 1 karakterisert ved at dosen av implanterbare ioner er opptil 10 15 ioner / cm2.

Lignende patenter:

Oppfinnelsen vedrører feltet av elektroteknikk, nemlig at batteriet av rørformede faste oksidbrenselceller (toto), som innbefatter minst to noder av rørformede faste oksidbrenselceller, minst en felles strøm og holder for å holde delen av Brenselcelleknuter og den totale strømforbindelsen med dem med en nøyaktig landing, mens holderenes termiske forlengelseskoeffisient er mindre eller lik den termiske ekspansjonen av brenselcellekomponentene.

Oppfinnelsen vedrører polymere membraner for lav- eller høy temperaturpolymerbrenselceller. Den proton-ledende polymermembran basert på et polyelektrolyttkompleks bestående av: a) en nitrogenholdig polymer, så som poly- (4-vinylpyridin) og dets derivater oppnådd ved alkylering, poly- (2-vinylpyridin) og dets derivater oppnådd av alkylering, polyetylenemin, poly- (2-dimetylamino) etylmetakrylat) metylklorid, poly- (2-dimetylamino) etylmetakrylat) metylbromid, poly- (diallylildimetylammonium) klorid, poly- (diallyldimetylammonium) bromid, b) Nafion eller annen Nafion -Like polymer valgt fra gruppen, inkludert flamion, aciplex, dowmembran, neosepta og ionbytterharpikser inneholdende karboksyl og sulfoniske grupper; c) væskeblanding omfattende et løsningsmiddel valgt fra en gruppe som omfatter metanol, etylalkohol, n-propylalkohol, isopropylalkohol, n-butylalkohol, isobutylalkohol, tert-butylalkohol, formamider, acetamid, dimetylsulfoksid, N-metylpyrrollidon og også destillert vann og blandinger derav; Hvor molforholdet mellom en nitrogenholdig polymer til nafion eller nafionlignende polymer er i området 10-0.001.

Oppfinnelsen vedrører feltet av elektroteknikk, nemlig til fremstillingen av en elektrolytoksydfilm med en tykkelse, i samsvar med størrelsen på elektrodenes materiale, enklere og teknologiske, så vel som på en mer økonomisk måte enn ion- plasma.

Oppfinnelsen tilveiebringer et gassdiffusjonsmedium for en brenselcelle, som har lav pusteevne i et plan og en god dreneringseiendom og er i stand til å utvise høy ytelse av brenselcellen i et bredt temperaturområde fra lav til høye temperaturer.

Oppfinnelsen vedrører feltet av elektroteknikk, nemlig til fremgangsmåten for fremstilling av den katalytiske elektroden til membranelektrodelblokken, hovedsakelig for hydrogen- og metanolbrenselceller.

Patenteiere RU 2267833:

Oppfinnelsen vedrører bilindustrien, skipsbygging, energi, kjemisk og elektrokjemisk industri, spesielt med elektrolyse for klor, og kan brukes i produksjonen av brenselceller med en membranelektrodeenhet. Det tekniske resultatet av oppfinnelsen er å utvide funksjonaliteten, og forbedrer driftsegenskapene og egenskapene til bipolare plater og brenselcellen som helhet, oppnå bipolare plater med strømvennlige fremspring av vilkårlig form og arrangement med en høyde av fremspring fra 0,3 til 2,0 mm, samt forbedring av effektiviteten av transport av reagenser og fjerning av reaksjonsproduktene, en økning i korrosjonsbestandighet av en periferi med en teknologisk belastning, som er med en sentral elektrisk ledende del som har en funksjonell belastning, et enkelt heltall . Bipolar plate bestående av perifere deler med hull og sentrale deler med strømfylte fremspring av en vilkårlig form, hvor det er plassert i ett plan med perifere deler, mens de nåværende fremspringene er laget med et gitt område av basen, med en diameter på 0,5-3,0 mm, høyde fra 0,3 til 2,0 mm og med et trinn mellom sentrene for de nåværende fremspringene 1,0-4,0 mm. Fremgangsmåten for å oppnå en bipolar plate innbefatter fremstillingen av en termotranspleptharpiks av en gitt sammensetning i et flygens løsningsmiddel med karbonfyller, omrøring, tørking, annealing og pressing ved gjentatt lasting til et trykk på 15-20 MPa ved en avvisningstemperatur på harpiks. I dette tilfelle utføres glødning av blandingen ved en temperatur på 50-60 ° med mindre enn temperaturen i blandingen. Ved fremstilling av en blanding av karbonpulver med et løsningsmiddel, er forholdet mellom faste og flytende faser i området 1: 3 til 1: 5. Sammensetningen av den opprinnelige blanding for pressing tilsettes 0,1-3% av porene. 2n. og 6 zp. F-ls, 3 yl.

Oppfinnelsen vedrører bilindustrien, skipsbygging, energi, kjemisk og elektrokjemisk industri, spesielt med elektrolyse for klor, og kan brukes i produksjonen av brenselceller med en membranelektrodeenhet.

Bipolare plater bestående av sentrale og perifere deler anordnet rundt den sentrale delen er kjent. På den sentrale delen med en eller begge de to sidene er det langsgående parallelle labyrintroover for fordelingen av gassformige reagenser, som danner de funksjonelle transduserne med hjørner i ett plan, med en sentral og to diagonale hull for sirkulasjon og fordeling av elektrolyttstrømmer. På de perifere delene av platene er det gjennom hullene for deres montering i pakken. De perifere og sentrale delene separeres av et tetningselement rundt omkretsen av den sentrale delen. Samtidig har for den organiserte fordeling av gassformige reagenser, langsgående parallelle spor, samt funksjonelle strømforsyninger, en labyrintretning fra den sentrale åpningen til eksterne enheter eller omvendt, se Schunk Kohlnstoff GmbH-reklamekatalogen.

Ulempene ved de kjente bipolare platene til brenselcellen er å redusere effektiviteten av transporten av reagenser og fjerning av reaksjonsproduktene til de skjermede områdene av den nåværende strømsamleren, og som et resultat reduseres den strømtettheten av brenselcellen celle i en gitt spenning, muligheten for overlappende kanaler med dråper kondenserende vann i svingninger i temperaturmodusen til brenselcellen og drivstoffelementet / eller vannbalansen i systemet, som også fører til en reduksjon i effektiviteten av transport av Reagenser og fjerning av reaksjonsproduktene over disse kanalene, og som et resultat, en reduksjon i tettheten av den nåværende cellen i brenselcellen ved en gitt spenning.

Fremgangsmåten for å oppnå bipolare plater er kjent, som innbefatter fremstillingen av en blanding av en termoiserharpiks av en viss sammensetning i et flygens løsningsmiddel, omrøring av et karbonfyller med en kokt oppløsning til en homogen tilstand, tørking, pressing og termisk separasjon (USA Patentansøkning nr. 2002/0037448 A1 datert 03.28.2002, MKI N 01 M 8/02; H 01 i 1/4; H 01 i 1/20).

Ulempen med den kjente metoden er at termotrementet ikke er samtidig, men etter at du har trykket på produktet. I tillegg fjerner lavtemperaturtørking av blandingen ikke et stort antall flyktige komponenter fra bindemidlet, noe som fører til en impassiv for mikrovapor i materialet av bipolare plater, spesielt på steder av nåværende fremspring som tjener til å sikre elektrisk Kontakt og mekanisk klatringsreservoar til det katalytiske laget, som fører til utdanning som er defekte steder ved foten av fremspringene og ødeleggelsen av sistnevnte under påvirkning av arbeidsbelastningen ved montering og bruk av batteriet av brenselceller.

Den nærmeste tekniske løsningen er bipolare plater og metoden for deres fremstilling, bestående av sentrale og perifere deler som ligger motsatt i forhold til den sentrale delen. På den sentrale delen med en eller begge de to sider, er langsgående parallelle spor, som danner interimerende fremspring med hjørner, plassert i planet av de perifere deler av platene, på den sentrale delen av reagensene av gassformige reagenser. Gjennom de perifere delene av platene er det gjennom hullene, som etter montering, i pakken med tilstøtende plater, danner langsgående kanaler for å forbedre sirkulasjonen og fordeling av elektrolyttstrømmer. Fremgangsmåten for å oppnå bipolare plater innbefatter blanding av pulveret i eggraphittkomponenter og et termoplastisk bindemiddel, motstandsdyktig mot korrosjon, kaldpressing av pulverblandingen ved 14.500 kPa, oppvarming ved 150 ° C, reduksjon av trykk ved 2000 kPa, temperaturøkning til 205 ° C øker trykket igjen til 205 ° C 14.500 kPa, med en endelig fase av en gradvis trykkreduksjon og temperatur. Se beskrivelse til Patent RU №2187578 C2, IPC 7 fra 25 til 9/04, 9/00.

Ulempene ved kjente bipolare plater er en jevn fordeling av strømmen bare på en kort del, en viss lengde av midtdelen, og et begrenset rom for fordelingen av gassformige reagenser strømmer, bestemt av antall langsgående parallelle spor. Ulempen med den kjente metoden for å oppnå bipolare plater er den komplekse produksjonsteknologien, som fører til en reduksjon i effektiviteten av dannelsen av gjeldende fremspring og ytterligere kostnader.

Det tekniske resultatet av oppfinnelsen er å utvide funksjonaliteten, og forbedrer driftsegenskapene og egenskapene til bipolare plater og brenselcellen som helhet, oppnå bipolare plater med strømvennlige fremspring av vilkårlig form og arrangement med en høyde av fremspring fra 0,3 til 2,0 mm, samt forbedring av effektiviteten av transport av reagenser og fjerning av reaksjonsproduktene, en økning i korrosjonsbestandighet av en periferi med en teknologisk belastning, som er med en sentral elektrisk ledende del som har en funksjonell belastning, et enkelt heltall . Det tekniske resultatet oppnås ved at i en bipolar plate som består av perifere deler med hull og en sentral del med gjeldende vertsprogresjoner, er de aktiverene som er plassert i ett plan med perifere deler, er de nåværende fremspringene laget med et gitt geometrisk område av basen, med en diameter på 0,5 -3,0 mm, høyde fra 0,3 til 2,0 mm og med et trinn mellom sentrale fremspringene 1,0-4,0 mm, er laget med en base i form av en sirkel eller en firkant , eller et rektangel, eller en ellipse, eller en rhombus, eller en trapeszium, eller deres kombinasjoner, strømforsyninger fremstilles i form av en avkortet pyramid eller sylinder eller kjegle eller pyramider; Kutte fremspring er laget i form av et prisme med en diameter i bunnen av 0,5-3,0 mm, en høyde fra 0,3 til 2,0 mm og med et trinn mellom sentrene for de nåværende fremspringene på 1,0-4,0 mm, og de nåværende fremspringene er plassert vilkårlig eller ordentlig eller i sjakk, eller rhombisk eller sirkulær eller spiral eller labyrintroms rekkefølge av deres plassering, og i fremgangsmåten for å oppnå bipolare plater, omfattende fremstillingen av en blanding av en termoderharpiks av en gitt sammensetning i et flyoppløsningsmiddel, tilførsel av karbonfyller og omrøring av dem til en homogen tilstand, tørking, pressing og termisk separasjon, blandingen før pressingen tørkes ved tørking, etterfulgt av annealing ved en temperatur på 50-60 ° med mindre enn temperaturen på Blandingen, og presset fører til flere belastninger til et trykk på 15-20 MPa, samtidig oppvarmes for å kurere blandingen samtidig, utføres annealing med en gradvis temperaturøkning i 10,0-15,0 timer og etterfølgende eksponering ved dette temperatur for 1 0-2,0 timer, og trykkledninger ved temperaturen på arbeidslegemet i trykkenheten 1,5-2.0 ganger høyere enn annealingstemperaturen, forholdet "T: F" når blandingen av karbonpulver genereres med løsningsmidlet av termotranny harpiks Velges i området fra 1: 3 til 1: 5, 0,1-3,0% av poreforbrukerne tilsettes til kildeblandingen for å presse.

Dette vil sikre en jevn fordeling av reagenser på overflaten av cellen i brenselcellen og den effektive fjerningen av reaksjonsproduktene, og som et resultat øke tettheten av strømmen på cellen i brenselcellen ved en bestemt spenning.

I fremgangsmåten for å oppnå bipolare plater, som omfatter fremstilling av en blanding av en termoiserharpiks av en viss sammensetning i et flyguleringsmiddel, innføringen av karbonfyller og omrøring til en homogen tilstand, tørking, pressing og termisk separasjon, blandingen Før du trykker på, tørkes med påfølgende annealing ved en temperatur på 50-60 ° C enn temperaturen på termotrementet i blandingen, og trykkledninger til gjentatt belastning til et trykk på 15-20 MPa samtidig med oppvarming som svarer til blandingen som kur. I dette tilfellet utføres annealing med en gradvis økning i temperaturen i 10,0-15,0 timer og den etterfølgende holdingen ved denne temperatur i 1,0-2,0 timer, og pressing utføres ved temperaturen i arbeidslegemet i trykkenheten i 1,5 -2, 0 ganger over annealing temperatur. Forholdet "T: F" (faste og flytende faser) i dannelsen av en blanding av karbonpulver med et løsningsmiddel av en termotransplected harpiks (aceton) varierer i området fra 1: 2 til 1: 5, og 0,1-3 er lagt til kildeblandingen for å trykke, 0% (WT.) Drevet formator.

Behovet for å bruke en termooperrin er forårsaket av det eksperimentelle faktumet i fraværet av riktig tetning av områdene av gjeldende fremspring under pressing av karbonholdig bp på termoplastisk bindemiddel, som ble uttrykt i den svake adhesjon av de nåværende fremspringene til platenes kropp og deres løsrivelse. Tilstedeværelsen i blandingen for å presse den termotransenbare harpiksen av enhver sammensetning tillater i dette tilfellet å danne ikke-defekte strømforsyninger og BP som en helhet i henhold til sintringsemekanismen med en flytende fase som forsvinner kort tid etter utseendet til tross for den fortsatte oppvarming.

Sekvensen av grunnleggende operasjoner som oppstår under bipolare plater er som følger: Form på overflaten av partikler av et karbonfyller av et tynt lag av et polymerterterterlig bindemiddel under fremstillingen av blandingen, dens tørking og påfølgende annealing, forsegling av blandingen, Utseende av væskefasen på grunn av smeltingslaget av bindemidlet på partikkelfyllingen, ytterligere tetting av produktet på grunn av en krympingskarakteristikk for flytende fasetintering, termotransmittansen av bindemidlet og produktet som helhet.

Behovet for annealing før pressing skyldes tilstedeværelsen i agglomererte blandinger av et stort antall flyktige komponenter som hindrer effektiv pressing. Høyere annealingstemperatur kan føre til uønskede prosesser av for tidlig herding av en blanding av et bindemiddel i individuelle mikrovinaps, og undertemperaturanlegget er ineffektivt.

En viktig parameter presser trykk. For blandinger av karbon dispergerte fyllstoffer og det termootable bindemiddelpressetrykket avhenger av den spesifikke typen fyllstoff og bør ikke overstige verdiene ovenfor som væskekabinet ekstruderes fra blandingen - 20 MPa. Lavt trykktrykk (mindre enn 15 MPa) sikrer ikke en effektiv forsegling av BP, spesielt innen strømbærende fremspring.

Pressingen samtidig med oppvarming av formen med en blanding av herding kan du implementere trinn 4 fra den ovennevnte sekvens av fenomener som oppstår under dannelsen av plater.

Den strukturelle utførelsen av den bipolare platen er illustrert med tegningene, hvor fig. 1 presenterer et generelt snitt av bipolare platen, og i fig. 2 - platen i platen i henhold til AA med gjeldende tidsprangeringer laget i form, for Eksempel, sylinderen, i fig. 3 - Seksjon av platen A-og med strømhendte fremspring laget i form, for eksempel en kjegle eller pyramide.

Den bipolare platen består av den sentrale delen 1 og perifer del 2. Den sentrale delen har fremspring 3, hvilke hjørner er i samme plan med den perifere del, høyde fra 0,3 til 2 mm og en diameter i en base på 0,5-3,0 mm. Fremspringene er plassert i en lineær rekkefølge ved vertikal og horisontal i et trinn på 1,0-4,0 mm og tillater et større utviklet område og volumet av passering av gassformige reagenser for å distribuere nye spenninger (trykk) i alle retninger. Det er mulig sjakk, rhombic, sirkulær, spiral eller labyrintordre av fremspring. Og fremspringene selv kan ha form av en sylinder, avkortet pyramide, prisme og / eller avkortet kjegle. Det var eksperimentelt etablert at avhengig av fremspringets diametre, deres høyde og trinn mellom fremspringene i fremspringene - den optimale formen av nåværende fremspring, er forskjellig, fordi de er forskjellige optimaliserte reagensstrømmer, varmevekslingseffektivitet og elektrisk ledningsevne. Så spesielt for trinn 1 mm optimal er formen på en avkortet pyramide. For fremspring med diameteren på basen på 0,5 mm, er ellipseformet optimal. For gjeldende fremspring med en høyde på 0,3 mm, er formen av sylinderen optimal. For spesifikke driftsmoduser (strøm, spenning, reagensstrøm, cellestørrelse, etc.), utføres valg av den optimale formen av de nåværende fremspringene og deres geometriske størrelser individuelt.

Bipolare plater er produsert som følger.

Kombinasjonen av karbon dispergert komponenter blandes for å danne en homogen blanding med en viss mengde termotranspleptharpiksløsning. I form av karbon dispergert komponenter kan det være grafitt, sot, hakket fiber, knust cola, etc. Den fremstilte blanding ble plassert på en tørking ved romtemperatur for å fjerne hovedmengden av flyktige komponenter. Således kan et halvfabriavert produkt i form oppnås, for eksempel granuler for den påfølgende prosessen med fremstilling BP. Videre, etter en visuell inspeksjon, utelates den tørre blanding ved en temperatur på 50-60 ° med mindre enn temperaturen på termotrementet. Deretter presses en annealed blanding ved et trykk på 15-20 MPa i en pressform, hvilket er laget med utsparinger som danner nåværende fremspring under pressing og herding. Samtidig med pressing, oppvarmes formen med en blanding av en glødende temperatur til herdingstemperaturen. Etter eksponering ved herdingstemperaturen, 0,5-1 timer, fjernes formen fra pressen og avkjøles i luft, og deretter malt ved hjelp av en spesiell anordning.

En viktig egenskap av en bipolar plate er strukturen til overflaten. For å oppnå høyere egenskaper av brenselcellen, er det tilrådelig at overflaten som arbeidsgassene finner sted mellom de nåværende fremspringene, har en viss grovhet og mikroporositet. I dette tilfelle ble vannet dannet som et resultat av reaksjonen mellom gassene delvis akkumuleres i de nær-overflateporene og derved øker luftfuktigheten, som har en positiv effekt på de spesifikke energiegenskapene til brenselcellen. Dannelsen av den ønskede struktur av nær-overflatelaget ved den foreslåtte fremgangsmåte, i motsetning til prototypen, oppstår ved å introdusere inn i kildeblandingen for å presse 0,1-3,0% (masse) i forhold til den faste komponent av blandingen (" T ") av porformatoren (ammoniumkarbonat, polyetylenglykol, polyetylen). Poreformatoren som ble introdusert i den opprinnelige blandingen, påvirker ikke binderens herding og dekomponering i prosessen med varmebehandling, danner trykkpressen under herding, danner en mikroporøs struktur av platen og dermed næroverflatelaget (til en dybde på 1-2 mikron).

Redusere innholdet i porformatoren mindre enn 0,1% påvirker nesten ikke mikroporøsiteten og grovheten i nærflatelaget, og en økning i innholdet i porformatoren er mer enn 3,0% inexpedient på grunn av reduksjonen av den mekaniske styrke og mulig forekomst av ende-til-end permeabilitet av platene.

Fremgangsmåten for å oppnå en bipolar plate er illustrert av de følgende eksempler.

Eksempel 1. For fremstilling av en BP (med sylindriske strømvennlige fremspring, plassert lineært, med en diameter på 0,5 mm, 0,5 mm høy, med en avstand mellom fremspringene i fremspringet 1,0 mm) med en størrelse på 100 × 100 mm , en tykkelse på 7 mm og veier 115 g fremstilles en blanding av følgende sammensetning med forholdet "T: F" \u003d 1,33: 3,00

Grafitt av merkevaren KS-10 - 98 g

Salgsmerke PM-100 - 1 g

Bakelite lakk merke lbs-1 - 34 g

Aceton - 300 g

I målekoppen blandet den angitte mengden baklittlakk og for eksempel aceton til en jevnt malt løsning. Stemningen av grafittpulver og sot er forrørt tørr til tilstanden til en homogen blanding. Deretter ble blandingen av pulver og en løsning av bakelittlakk i en omrøringsbeholder og mekanisk omrørt 5-10 minutter til en tilstand av homogenitet. Blandingen blir deretter igjen under belastningen av eksosskapet for tørking ved romtemperatur i 12-15 timer til en visuelt tørr tilstand, som blandingen av blandingen og gnidningen (mer enn 2-3 mm) agglomerater gjennom et metallnett med en cellestørrelse på 2 mm. Den tørre blandingen faller i støpeformen, sett formen til ovnen og oppvarmes til en temperatur på 90 ° C i 13,5-14 timer, etterfulgt av en eksponering ved denne temperatur i 2 timer. Neste ekstraksjon fra ovnen og plassert den i forvarmet til 170 ° C hydraulisk trykk. Presset på pressen av jerks (dette er hastigheten på lasting) i 1-2 sekunder til kraften på 22 tonn. Etter ca 5 sekunder øker eksponeringene igjen kraften til 22-25 tonn. La buret under pressen for 1 time, hvorpå formen er fjernet fra trykk og la den avkjøles ved romtemperatur. Etter avkjøling er formen lossing på manuell skruetrykk ved hjelp av 4 stål ejektorer. Visuell kontroll av kvaliteten på BP indikerer fraværet på overflaten av platen (inkludert i feltet av gjeldende fremspring) riper, feil og sprekker, bunter av BP-materiale på grensen mellom området av de nåværende fremspringene og grunnlaget av BP. Ved undersøkelse av platen etter testing for styrke (platen er plassert mellom stålplater og komprimeres med en kraft på 5 tonn (trykk 5 MPa), som tilsvarer arbeidsstyrken i brenselcellen i 1 time) endringer og defekter er ikke oppdaget. Størrelsen på den voluminøse resistiviteten var 0,025 ohm · cm.

Eksempel 2. Den bipolare platen er laget av sammensetningen og i henhold til fremgangsmåten som ligner på eksempel 1 med fremtraksjoner som har en avkortet kegleform med en diameter i en base på 3,0 mm på toppen av 2,5 mm, en høyde på 2,0 mm, med a Avstand mellom fremspringene i fremspringene 4 0 mm.

Før og etter å ha testet styrken av overflatefeilene og fremspringene ikke oppdager. Størrelsen på den voluminøse resistiviteten er 0,030 ohm · cm.

Eksempel 3. Den bipolare platen er laget med konfigurasjon og i henhold til fremgangsmåten som ligner på eksempel 1, men epoksyphenolbindemiddel nr. 560 av fremstillingen av FSUE GSC "viam" i mengden 31 gte anvendes som et termotransmittet bindemiddel.

Før og etter å ha testet styrken av overflatefeilene og fremspringene ikke oppdager. Størrelsen på den voluminøse resistiviteten er 0,017 ohm · cm.

Eksempel 4. Den bipolare platen er laget med en konfigurasjon og ved en fremgangsmåte som ligner på eksempel 1, tilsettes en porformator til den innledende blanding for å presse - høytrykks polyetylenpulver i en mengde 3,5 g (3,0 vekt%) . Før og etter å ha testet styrken av overflatefeilene og fremspringene ikke oppdager. Størrelsen på den voluminøse resistiviteten er 0,028 ohm · cm. Porøsiteten til nær-overflatelaget (en dybde på opptil 100 mikron), målt ved sorpsjon av vann, er 2,8%.

Eksempel 5. Den bipolare platen er fremstilt med en konfigurasjon som ligner på eksempel 1, fra sammensetningen og i henhold til fremgangsmåten beskrevet i eksempel 9.

Inntil 10% av ødelagte og defekte fremspring ble detektert før testtester, etter dem, er antallet ødelagte fremspring ca. 30%. Størrelsen på den voluminøse resistiviteten er 0,025 ohm · cm.

Eksempel 6. Bipolare platen er laget med konfigurasjonen og i henhold til prosedyren som ligner på eksempel 1 (de nåværende fremspringene er lokalisert lineært), testes i cellen i brenselcellen under følgende betingelser:

Membran - MF4-SC med en tykkelse på 135 mikron

Katalysator - PT 40 / C i en mengde på 2,5 mg / cm 2

Drivstoff - hydrogen ved et trykk på 2 ATI

Oksidasjonsmiddel - oksygen ved et trykk på 3 ATI

Cell arbeidstemperatur - 85 ° C

Reaksjon på anoden: H 2 → 2H + + 2E -

Katodeaksjon: O 2 + 4E - + 4H + → 2n 2

Total reaksjon: o 2 + 2n 2 → 2n 2

Ved spenning på 0,7 er den maksimale strømtettheten 1,1 a / cm 2.

Eksempel 7. Den bipolare platen er laget med konfigurasjonen og med en fremgangsmåte som ligner på eksempel 1, men de strømbaserte fremspringene har ropombisk og testes i cellen i brenselcellen under betingelser som ligner på eksempel 6. Ved spenning på 0,7, Den maksimale strømdensiteten er 1,25 A / cm 2.

Eksempel 8. Den bipolare platen er laget av sammensetningen og i henhold til prosedyren som ligner på eksempel 1, utføres fremspringene i form av et prisme med en diameter på 2 mm, en høyde på 1,5 mm, med en avstand mellom sentrene av fremspringene på 3,0 mm, og de nåværende fremspringene er anordnet og testene utføres i cellen. Brenselcellen under betingelser som ligner på eksempel 6. Ved spenning på 0,7 var den maksimale strømtettheten 0,95 a / cm2.

Eksempel 9. Bipolare platen er laget med en konfigurasjon som ligner en velkjent teknisk løsning, fra sammensetningen og i henhold til prosedyren beskrevet i eksempel 9, utføres testene i cellen i brenselcellen under betingelser som ligner på eksempel 6. Ved spenningen 0,7 var den maksimale strømtettheten 0,9 a / cm2. Det er eksperimentelt etablert at, avhengig av fremspringets diametre, deres høyde og trinn mellom fremspringene i fremspringene, er den optimale formen av strømforsyningsprogrammer forskjellig, fordi de er forskjellige optimaliserte reagensstrømmer, varmevekslingseffektivitet og elektrisk ledningsevne. Så spesielt for trinn 1 mm optimal er formen på en avkortet pyramide. For fremspring med en basisdiameter på 0,5 mm optimal er form av en ellipse. For transdusere med en høyde på 0,3 mm optimal er formen på sylinderen. For spesifikke driftsmoduser (strøm, spenning, reagensstrøm, cellestørrelse, etc.), utføres valg av den optimale formen av de nåværende fremspringene og deres geometriske størrelser individuelt.

Oppfinnelsen gir deg mulighet til å utvide funksjonaliteten, forbedre ytelsesegenskapene og egenskapene til bipolare plater og brenselcellen som helhet og oppnå bipolare plater med strømhendte fremspring av vilkårlig form og arrangement med en høyde av fremspring fra 0,3 til 2,0 mm, I tillegg til å øke effektiviteten av transport og reagensreaksjonsprodukter, en økning i korrosjonsbestandighet mot eksterne enheter med en teknologisk belastning, som er med en sentral elektrisk ledende del med en funksjonell belastning, et enkelt heltall.

1. Den bipolare platen for brenselcellen som består av perifere deler med hull og den sentrale delen med strømmenes fremspring, hvor hjørne er lokalisert i ett plan med perifere deler, karakterisert ved at de nåværende fremspringene er laget med et gitt område av basen med diameteren på 0,5 -3,0 mm, en høyde fra 0,3 til 2,0 mm og med et trinn mellom sentrene for de nåværende fremspringene 1,0-4,0 mm.

2. Bipolare plate ifølge krav 1, karakterisert ved at de nåværende fremspringene er laget med en base i form av en sirkel, eller et firkant, eller et rektangel, eller en ellipse eller rhombus eller en trapezium, eller deres kombinasjoner .

Elektrokjemisk energi. 2009. T. 9, nr. 3. C.161-165

UDC 66.02; 536,7;

Metoder for overflatebehandling av titanbipolare plater av hydrogen-luftbrenselceller

M. S. VOSKIN, E. I. SCOOLCHIKOV, E. A. KISELIEVA, A. A. Chinenov *, V. P. Kharitonov *

Institutt for nye energiproblemer i ABS RAS, Moskva, Russland * CJSC Rimos, Moskva, Russland E-post: [Email beskyttet]

Mottatt 11.06.09.

Artikkelen er viet til studiet av effekten av overflatebehandlinger av bipolare plater (BP) til de spesifikke elektriske egenskapene til brenselceller (TE). Studier ble utført på titanbaserte plater. To metoder for behandling BP vurderes: elektrokjemisk forgylling og ionisk implantasjon av karbon. Korte beskrivelser av ovennevnte teknologier presenteres, samt teknikken og resultatene av eksperimenter. Det er vist at både forgylling og doping med karbonoverflate av titan BP forbedrer de elektriske egenskapene til TE. Relative reduksjoner av ohmiske motstander av TE sammenlignet med titanplater uten belegg var 1,8 for elektrokjemisk forgylling og 1,4 for ionimplantasjon.

Nøkkelord: hydrogen-luftbrenselceller, titanbaserte bipolare plater, karbonimplantasjon, impedansspektroskopi.

Arbeidet er utformet til forskning av innflytelse av overfladiske prosesseringer av bipolare plater (BP) på spesifikke elektriske egenskaper av drivstoff CE) (S (FC). Forskninger ble utført på plater på grunnlag av Titan. To metoder for behandling BP er Vurdert: Elektrokjemisk forgylling og ionisk implantasjon av karbon i arbeid Korte beskrivelser av de resulterte teknologier, og også en teknikk og resultater av eksperimenter presenteres i arbeid. Det er vist at som forgylling, og ionisk implantasjon karbon Titanic BP Electric Echaractistics FC forbedrer ... Relativ reduksjon av Ohmic Resistance FC i sammenligning med "Pure" Titanic Plates har utgjort 1,8 for elektrokjemisk forgylling og 1,4 for ionisk implantasjon.

Nøkkelord: hydrogen-luftbrenselceller, bipolare titanbaserte plater, karbonimplantasjon, impedansspektroskopi.

Introduksjon

For tiden er det to hovedtyper av materialer for BP: BP fra karbon- eller grafittpolymerkompositter og metall BP.

Studier innen grafitt BP førte til en betydelig forbedring i deres fysisk-kjemiske egenskaper og spesifikke egenskaper. BP basert på grafitt er mer korrosjonsbestandig enn metall, men den største ulempen er fortsatt svak mekanisk styrke, noe som forhindrer deres bruk i TE for transport og bærbare bærbare kraftverk.

I denne forbindelse har metallene flere utvilsomt fordeler i forhold til karbonmaterialer. Det er preget av høyere varme og elektrisk ledningsevne, ingen porer, gass-tetthet og høy mekanisk styrke. Metall BPS er også mer lønnsomme enn grafitt fra synspunktet i økonomien. Imidlertid avskrives alle de ovennevnte metaller i stor grad av slike ulemper som liten korrosjonsbestandighet og høy kontaktmotstand med karbongassdiffusjonslag (GDS).

Det mest lovende metallet, som et materiale for fremstilling av BP, er titan. Papiret presenterer noen fordeler med Titanium BP. Titan har gode mekaniske egenskaper, og forurensningen av titanioner er ikke farlig for katalysatoren til membranen og elektrodblokkene (OIE). Korrosjonsbestandigheten av titan er også en av de høyeste blant metaller, men i det aggressive mediumet til Titan må fortsatt beskyttes mot korrosjon. En ekstra faktor for å finne titanbelegg er dens høye kontaktbestandighet med karbongds.

Vårt laboratorium (laboratoriet for aluminiums-innfødt energi i Oil Ras) er engasjert i utviklingen av bærbare strømforsyninger basert på Hydrogen-Air Te (VTE). Titan er valgt som materiale av BP. Arbeidet som utføres av oss tidligere, bekreftet behovet for å søke etter belegg og / eller metoder for ytterligere behandling.

En kjent måte å beskytte Titans overflate på er gullbelegget. Dette belegget øker korrosjonsbestandigheten og reduserer den ohmiske motstanden til TE, som fører til en forbedring i sine elektriske egenskaper. Denne teknologien er imidlertid nok

© 2009.

M. S. Voskin, E. I. SchoolChikov, E. A. Kiselieva, A. A. Chinenov, V. P. Kharitonov

post, hovedsakelig på grunn av bruk av edle metaller.

I dette arbeidet vurderes i tillegg til elektrokjemisk forgylling, en fremgangsmåte for fremstilling av BP fra titan, etterfulgt av behandlingen av ION-implantasjon,. Doping av karbonoverflaten på BP skaper ytterligere korrosjonsbeskyttelse og reduserer kontaktmotstanden med karbongds. Denne teknologien lover å redusere kostnadene ved produksjon av BP, samtidig som de opprettholder høye elektriske egenskaper.

Papiret presenterer resultatene av eksperimenter som sammenligner de elektriske egenskapene til BP fra det "rene" titan (dvs. uten belegg), fra titan, elektrokemisk dekket med gull og fra titan dopet med karbonmetode ved ionimplantasjon.

1. Eksperimentsteknikken

Som en elektrisk egenskap, hvor de ovennevnte metoder for fremstilling av BP fra titan ble sammenlignet, ble en volt-ampere kurve og impedans av TE valgt. Eksperimenter ble utført på en spesialisert impedansmåler Z-500PX (med funksjonene til en spenningsstasjon) av LLC eliner. Tela lastet i impedanselektronbelastningen i den potensiostatiske modusen på 800, 700, 600 og 500 mv spenninger. Med hver spenning har TE motstått 2000 C for å få tilgang til den stasjonære staten, hvorpå impedansmålingen ble fulgt. I hvert tilfelle, etter eksponering og

utgangen av TE til den stasjonære tilstanden ble filmet på 5th annogrammer. Ved måling av impedansen til amplituden til det forstyrrende sinusformet var det 10 mV, frekvensområdet er 105-1 Hz. Volt-ampere kurver ble bygget i stasjonære verdier.

Alle eksperimenter ble utført på spesielle produserte modelltest VTES (figur 1). Testelementet er en enkelt OIe, sandwichet mellom to nåværende kollektive plater som er analoger av terminalplaten i BAT-batteriene. Den totale størrelsen på de nåværende oppsamlingsplater er 28x22 mm, tykkelsen er 3mm hver. For enkelhets skyld i dagens innsamlingsplate er det spesielle "haler" 4x4 mm. Størrelsen på den aktive overflaten er 12x18 mm (2,16 cm2). Hydrogen leveres til OIe gjennom anodstrømsinnsamlingsplaten og forplanter seg i henhold til det angitte flytfeltet på den aktive overflaten av denne platen. Luft nærer VTE på grunn av naturlig konveksjon. Katodeoverføringsplaten har 4 kanaler med en diameter på 2 mm med spor i det aktive overflateareal. Lengden på kanalen som luften er spredt på er 22 mm. Tre-elementære oies er laget av Mayope 212, med et platinatalysatorforbruk på 0,2 mg / cm2 på en anode og 0,5 mg / cm2 på katoden.

Test VTES ble samlet inn fra de samme komponentene med unntak av de nåværende lydplater. Det var tre par nåværende plater fra TIT1-0 titan. Det første paret var "rent" slipende titan

Fig. 1. Test PE i sammenleggbar tilstand. Detaljer fra venstre til høyre: anodisk strøm oppsamling plate, tetning, gders anode, OIe, GDS katode, forsegling, katode strøm oppsamling plate; Bunn - Festeskruer og nøtter

plater, dvs. uten belegg og eventuell ytterligere behandling. Den andre var dekket med gull 3 μm tykk gjennom en nikkel-sublayer med en tykkelse på 2 mikrometer med en standard elektrokjemisk metode. Det tredje paret ble dopet med karbonmetode ved ionimplantasjon.

Den teknologiske prosessen med ionimplantasjon er kjent i ca. 50 år. Den er basert på innføring av akselerert substansioner i et målmateriale for å endre overflatenes fysikalokjemiske egenskaper. Ionimplantatet av titanbp og endeplater ble utført på en spesialisert stand av CJSC Rimim. Stativet er en injeksjon med muligheten for å skape akselerert ionbjelker av forskjellige stoffer under forhold med høyt oljefritt vakuum. Titanplatene som er implantert på denne stativet, har høy korrosjonsbestandighet og alloying soliditet. Titanplater ble utsatt for ion-strålebehandling ved energien på 20 kev-ioner, implantasjonsdosen på 1018 cm-2 og temperaturen av den produktive 300 ° C ± 10 ° C.

Dosen av karbonimplantasjon ble målt langs dybden av distribusjonsprofilen til den slipede platen fra titan ved fremgangsmåten for sekundær ionmassespektrometri på utstyret til samysh 1M84B (Frankrike). Kui titan er vist på fig. 2. Ifølge figuren er dybden på overflatelaget av karbon 200 ^ 220 nm, som er tilstrekkelig til å oppnå fundamentalt nye fysisk-kjemiske egenskaper av overflaten av BP.

1016 _i_i_i_i_i_i_i_i_i_i.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Dybde, μm.

Fig. 2. Ki Titan

2. Resultater og diskusjon

I fig. 3 er representert av volt-ampere kurver og de tilsvarende effekttetthetskurver for TE med forskjellige strøm-saus-plater. De absolutte verdiene i strømmen og kraften tilskrives området av den aktive overflaten av OIE, som er 2,16 cm2. Det følger tydeligvis fra figuren som både doping med karbon- og elektrokjemisk forgylling fører til en forbedring i teens spesifikke egenskaper. Det skal bemerkes at Volt-Ampere-egenskapene vises samtidig aktivering, ohm og diffusjonstap i TE. Aktiveringstap er forbundet med å overvinne energisporrieren av elektrodereaksjoner, ohmiske tap er mengden elektriske motstander av hvert av de elektrisk ledende lagene av TE- og kontaktmotstand mellom dem, og diffusjonstap er forbundet med mangel på tilførsel av reagenser i OIe-reaksjonsområdet. Til tross for det faktum at i ulike felt av nåværende tettheter, er en av de tre ovennevnte tapene, volt-amperekurver og kraftdensitetskurver ikke nok til å kvantifisere en bestemt metode for behandling av BP (terminalplater). I vårt tilfelle er interessen de ohmiske tapene til TE. Aktivering og diffusjonstap i den første tilnærmingen for alle PE er de samme: aktivert ved å bruke den samme OIe med samme katalysatorforbruk, diffusjon på grunn av samme design av teststrømningsflyttbare plater.

For identifisering av ohmiske tap ble impedansens hodografer oppnådd under forsøkene anvendt. Resultatene av denne delen av forsøkene er avbildet i fig. 4. Som et eksempel viser tallene en av de fem hodograferne fjernet i hvert tilfelle etter utgangen av TE til den stasjonære tilstanden.

Impedansspektroskopi lar deg kvantifisere de elektriske tapene til TE. Arbeidene beskrev denne metoden i forhold til VTE. I samsvar med regler for tolkning av menneskelig grov motstand er den faktiske delen av impedansen ved høyfrekvenser (/ \u003d 105-104 Hz) den faktiske delen av impedansen ved høye frekvenser (/ \u003d 105-104 Hz). Verdien er valgt ved krysset av en homograf med aksen til abscissen (1t \u003d 0) i høyfrekvensområdet. Også, med homografer, finnes den kapasitive motstanden av dobbeltlaget på overflaten av elektroden / elektrolytten. Diameteren av den halvcirkulære en er karakterisert ved den fullstendige motstanden mot passasjen av ladningen gjennom dette laget. I fig. 4 boliger impedanser presenteres i området

M. S. Voskin, E. I. SchoolChikov, E. A. Kiselieva, A. A. Chinenov, V. P. Kharitonov

Fig. 3. Volt-ampere kurver (a) og de tilsvarende effekttetthetskurver (B): - - - Titan uten belegg,

Zh- - Titan + C, - ■ - - Titan + N1 + AI

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1T, fra 3,8 3,4 3,0 2,6 2,2 1,8 1,4 1,0 0,6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Fig. 4. Impedans TE med konstant polarisasjon, MV: A - 800, B - 700 V - 600, G - 500: - - Titan uten belegg;

Titan + N1 + AI; O - titan + c

frekvenser 105-1 Hz, da det er verdt å merke seg nok høye diffusjonstap på TE (over 2 ohm-cm2). Dette er imidlertid ikke en konsekvens av overflatene på overflaten av titanplater, og er forbundet med utformingen av katodestrømsinnsamlingsplaten og betingelsene for naturlig konveksjon når luften leveres til OIe.

Tabellen viser de absolutte verdiene for ohmisk motstand, avhengig av polarisasjonen av TE og metoden for å behandle sine nåværende-gravplater, samt deres systematiske feil. Resultatene antyder at forgylingen på ca. 1,8 ganger reduserer den totale ohmiske motstanden i forhold til titan uten belegg ved å redusere kontakttapene. Doping karbonioner gir en gevinst tilsvarende i "1,4 ganger. Det forebyggende intervallet er sant om den høye nøyaktigheten av målingene av verdier av omnisk motstand.

Den ohmiske motstanden av TE (OM) med de nåværende filtrerte platene med titan uten belegg, fra titan, elektrokemisk belagt N1, AI og fra titanium dopet med ioner med +, avhengig av polariseringen av TE

Prøvespenning på TE, MV

Titan uten belegg 0,186 0,172 0,172 0,169

Titan + Ni, AU 0,1 0,098 0,097 0,093

Titan + C 0,131 0,13 0,125 0,122

Således er det bevist at både forgylling og doping med karbon titan BP reduserer sin kontaktmotstand med karbongds. Belegget av gullplatene viser seg å være litt mer lønnsomt fra utsagn av elektriske egenskaper enn behandlingen av metoden for ionimplantasjon.

Alt ovenfor antyder at både alene og den andre av de vurderte teknologiene kan brukes til å behandle Titanium BP.

BIBLIOGRAFI

1. Middelman E., Kout W, Vogelaar B., Lenssen J., Waal E. de, // j. Strømkilder. 2003. vol. 118. P. 44-46.

2. Dobrovolsky Yu.a., Ushshka A.E, Levchenko A.V., Arkhangelsky I.V., Ionov, S.G., Avdeev v.V., Aldarin S.M. // zhurn. Ross. Chem. Oh dem. D. I. MENDELEEV. 2006. T.1, №6. S.83-94.

3. S.-Wang H, Peng J., Lui W.-B., Zhang J.S. // J. Strømkilder. 2006. VOL.162. S.486-491.

4. Davies d.p., Adcock P.L., Turpin M., Rowen S.J., // J. Appl. Electrochem. 2000. VOL.30. S.101-105.

5. SchoolChildren E.I., Voskin M.S, Ilyukhin A.S., Tara-Senko AB, Electrochim. Energi. 2007. T7, №4 s. 175-182.

6. Shkolnikov E.I., Vlaskin M.S., Iljukhin A.S., Zhuk A.Z., Sheindlin A.E // J. Strømkilder. 2008. VOL.185. S.967-972.

7. Fabian T., Posner J. D., O "Hayre R., Cha S.-w., Eaton J. K., Prinz F. B., Santiago J. G. // J. Power Kilder. 2006. Vol.161. S.168-182.

8. Ionimplantasjon i halvledere og andre materialer: Lør. Kunst. M.: Mir, 1980.

9. PLESHIVTSEV N.V., Baizhin A.I. Fysikk av effekten av ionbjelker på materialer. M.: Universitetsboken 1998.

10. Ionimplantasjon. M.: Metallurgi, 1985.

11. PAT. 2096856 RF, IPC: H01J027 / 24, H01J003 / 04 / MASHKOVTSEV B.N. Metoden for å produsere en ionstråle og en anordning for implementeringen.

12. Pat. 2277934 RF, IPC: A61L2 / 00, A61L2 / 14 / Kharitonov v.p., Chainov A.A., Simakov A.I., Samkov A.V. Enhet for ion-ray-behandling av medisinsk utstyr.

13. Pat. 2109495 RF, IPC: A61F002 / 24 / Joseph N.A., Kevorkova R.A.,. Samkov A.V., Simakov A.I., Kharitonov v.p., Chainenov A.A. Kunstig hjerteventil og metode for produksjonen.

14. Cooper K.R., Ramani V., Fenton J.M., Kunz H.r. Eksperimentelle metoder og dataanalyser for polymer elektrolytt brenselceller, Scribner Associates, Inc., Illinois, 2005. 122 p.

15. National Energy Technology Laboratory. Brenselcellehåndbok, sjette ed., G & G Services Parsons, Inc. Morgantown, West Virginia, 2002. 352 p.

Elektrodene til neven produsert i IFF RAS: Grønn - Anode og Svart - Katode. Brenselceller er plassert på bipolare plater for toto batterier

Nylig besøkte min venn Antarktis. En morsom tur! - Hun fortalte, turistvirksomheten er utviklet, er så mye for å bringe den reisende til stedet og gi det til å nyte den harde prakten av presentatet, uten å fryse på samme tid. Og dette er ikke så enkelt som det kan virke - til og med ta hensyn til moderne teknologier: strøm og varme i Antarktis etter vekten av gull. Dommer, vanlige dieselgeneratorer forurenser jomfru snø, og krever import av store mengder drivstoff, og fornybare energikilder er ikke for effektive. For eksempel, på museumsstasjonen Populær med Antarktis turister, genereres all energi av vindens styrke og solen, men i museets lokaler er kult, og skipene til fire omsorgspersoner aksepteres utelukkende på skip som bringer gjestene til dem.

Problemer med konstant og uavbrutt strømforsyning er kjent, ikke bare av Polar Explorers, men også til noen produsenter og folk som bor i fjerntliggende områder.

Nye måter å strømpe og generering av energi kan løse dem, blant annet kjemiske kilder til nåværende ser mest lovende ut. I disse mini-reaktorene blir energien til kjemiske transformasjoner direkte, uten overgang til termisk, til elektrisitet. Dermed reduseres tapene og henholdsvis drivstofforbruket.

I kjemiske kilder til strøm, kan forskjellige reaksjoner oppstå, og hver har sine fordeler og ulemper: Noen raskt "puster", andre kan bare fungere under visse forhold, for eksempel ultrahøye temperaturer eller på et strengt definert brensel, som rent hydrogen. En gruppe forskere fra Institutt for fysikk i den grove kroppen av det russiske vitenskapsakademiet (IFTT RAS) under veiledningen Sergey Bredikhina. Laget en innsats på den såkalte faste oksydbrenselcellen (TOTO). Forskere er sikre på at det med riktig tilnærming vil være i stand til å erstatte ineffektive generatorer i Polar. Prosjektet deres ble støttet innenfor rammen av Federal Target-programmet "forskning og utvikling for 2014-2020".

Sergey Bredikhin, leder av FDP-prosjektet "Utvikling av en laboratorie Skalerbar teknologi for produksjon av en plan design og konseptet om å skape energiinstallasjoner for ulike formål og struktur, inkludert hybrid, med produksjon og testing av en liten eksperimentell kraftverksprøve Med en kapasitet på 500 - 2000 WT "

Uten støy og støv, men med full retur

I dag går kampen i energi for en nyttig effekt av energi: Forskere kjemper for hver prosentandel av effektiviteten. Universelt brukte generatorer som arbeider med prinsippet om forbrenning på hydrokarbonbrensel - drivstoffolje, kull, naturgass (den siste typen drivstoff er mest miljøvennlig). Tap med bruk er avgjørende: Selv med maksimal optimalisering av effektiviteten til slike installasjoner, overstiger det ikke 45%. Samtidig dannes nitrogenoksider (NOx), som ved interaksjon med vann i atmosfæren blir omdannet til tilstrekkelig aggressive syrer.

Toto batteri under mekanisk belastning

De faste oksidbrenselcellene (TOTO) har ikke slike "bivirkninger". Slike installasjoner har en effektivitet på mer enn 50% (og dette er bare på effekt av elektrisitet, og når det tas hensyn til den termiske utgangen, kan effektiviteten nå 85-90%), og de kaster ikke farlige forbindelser i atmosfæren .

"Dette er en svært viktig teknologi for Arktis eller Sibir, hvor økologi og problemer med en flagger er spesielt viktig. Fordi Speo forbruker mindre enn drivstoff, "forklarte Sergey Bredikhin. - De må jobbe uten å stoppe, så de er godt egnet til å jobbe på Polar stasjon, eller den nordlige flyplassen. "

Med et relativt lavt drivstofforbruk, fungerer denne installasjonen også uten vedlikehold på opptil 3-4 år. "Dieselgeneratoren, som nå brukes oftest, krever erstatning av olje gjennom hver tusen timer. Og povet sysselsetter 10-20 tusen timer uten service, sier Jftt Juniorforsker, Dmitry Agarkov.

Fra ideer til batteriet

Informasjonsprinsippet er ganske enkelt. De representerer "batteriet" hvor flere lag av faste oksidbrenselceller ble samlet. Hvert element har en anode og en katode, på siden av anoden, er drivstoffet forbundet med det og luft fra katoden. Det er bemerkelsesverdig at for Totos er en rekke drivstoff egnet fra rent hydrogen til karbonmonoksyd og forskjellige hydrokarbonforbindelser. Som et resultat av reaksjoner som strømmer på anoden og katoden, blir oksygen og drivstoff forbruket, og ionstrømmen mellom elektrodene er opprettet. Når batteriet er innebygd i den elektriske kretsen, begynner strømmen å strømme.

Datasimulering av fordelingen av strømmer og temperaturfelt i batteriet fra TOTO med en størrelse på 100 × 100 mm.

En ubehagelig funksjon i notatet er behovet for høye temperaturer. For eksempel, en prøve samlet i IFF RAS, fungerer på 850? P. For å varme opp til driftstemperaturen, kreves generatoren ca. 10 timer, men da vil det fungere i flere år.

De faste oksydelementene utviklet i IFTT RAS vil produsere opptil to kilowatt elektrisitet - avhengig av størrelsen på drivstoffplaten og antallet av disse platene i batteriet. Små batteriprøver på 50 watt er allerede samlet og testet.

Spesiell oppmerksomhet bør betales til platene selv. En plate består av syv lag, som hver har sin egen funksjon. To lag på katoden og anoden katalyserer reaksjonen og elektronene blir passert, det keramiske laget mellom dem isolerer forskjellige medier (luft og drivstoff), men de ladede oksygenioner passerer. Samtidig bør membranen selv være sterk nok (keramikk av slik tykkelse er svært lett skadet), derfor består den av tre lag: Sentralen gir de nødvendige fysiske egenskaper - høy ionisk ledningsevne, og de ekstra lagene påføres fra to sider gi mekanisk styrke. Imidlertid er en brenselcelle veldig tynn - ikke mer enn 200 mikron tykk.

Lag tote.

Men en brenselcelle er ikke nok - hele systemet må plasseres i en varmebestandig beholder, som vil tåle modusen i flere år ved en temperatur på 850? P. Forresten, i rammen av prosjektet for å beskytte metallelementene i designet, bruker forskerne om IFTT RAS belegg utviklet under et annet prosjekt.

"Da vi startet dette prosjektet, møtte vi det faktum at vi ikke har noe i landet: verken de første råmaterialene, eller limet, eller tetningsmidler, sa Bredichin. - Vi måtte gjøre alle. Vi har gjort simulering, praktisert på små brenselceller i form av tabletter. De fant ut hva de burde være i sammensetning og konfigurasjon, og som plassert. "

I tillegg er det nødvendig å ta hensyn til at brenselcellen opererer i et høytemperaturmiljø. Dette betyr at det er nødvendig å sikre tetthet, kontroller at ved måltemperaturen vil materialene ikke komme inn i en reaksjon med hverandre. En viktig oppgave var å "synkronisere" utvidelsen av alle elementene, fordi hvert materiale har sin egen lineære temperaturkoeffisient, og hvis noe ikke koordineres, kan kontaktene bevege tetningsmidlene og limene. Produksjonen av dette elementforskere mottok et patent.

På vei til implementering

Sannsynligvis bygger Beshin-gruppen i IFTT et helt system med trinnvis treningsopplæring første materialer, deretter plater og til slutt brenselceller og generatorer. I tillegg til denne anvendte vingen er det en retning som arbeider med grunnleggende vitenskap.

I murene i IFF opprettholdes kvaliteten på hver batch av brenselceller.

Hovedpartneren i dette prosjektet er Krylovsky State Scientific Center, som utfører funksjonen til maskinens leder, inkludert utviklingen av den nødvendige designdokumentasjonen og produksjonen av "jern" på sin erfarne produksjon. En del av verkene er laget av andre organisasjoner. For eksempel produserer en keramisk membran som deler katoden og anoden, Novosibirsk-firmaet Nevz-Keramix.

Forresten er deltakelsen av skipsbyggingssenteret i prosjektet ingen tilfeldighet. Ubåter og undervanns droner kan bli en annen lovende sfære for å bruke Toto. For dem er det også ekstremt viktig hvor mye tid de kan være helt offline.

Prosjektets industrielle partner - Energien No Borders Foundation, kan organiseres ved produksjon av små batcher av to-chip generatorer basert på Krylovsky Scientific Center, men forskere håper på betydelig utvidelse av produksjonen. Ifølge utviklerne er energien som er oppnådd i Sobe-generatoren konkurransedyktig, selv for innenlands bruk i Russlands hjørner. Kostnaden for kW * En time forventes å være om lag 25 rubler på dem, og i dagens verdi av energi i Yakutia til 100 rubler per kWh * times en slik generator ser veldig attraktivt ut. Markedet er allerede forberedt, Sergey Bredikhin er sikkert, det viktigste er å ha tid til å bevise deg selv.

I mellomtiden implementerer utenlandske selskaper allerede Spebaserte generatorer. Lederen i denne retningen er den amerikanske blomstrenergien, som produserer inokiler installasjoner for kraftige databehandlingssentre som for eksempel Google, Bank of America og Walmart.

Praktiske fordeler er forståelige - store datasentre matet av slike generatorer må være uavhengige av strømforsyningsavbrudd. Men i tillegg søker store firmaer å støtte bildet av progressive selskaper som bryr seg om miljøet.

Bare i USA for utviklingen av slike "grønne" teknologier, stole store statlige utbetalinger - opp til $ 3000 for hver kilowatt av produsert kapasitet, som er hundrevis av ganger mer finansiering av russiske prosjekter.

I Russland er det et annet område hvor bruken av tone generatorer ser veldig lovende ut - det er katode rørledningen beskyttelse. Først av alt snakker vi om gass- og oljepipeliner, som strekker seg i hundrevis av kilometer gjennom et øde landskap i Sibir. Det har blitt etablert at når spenningen påføres metallrøret, er det mindre korrosjon. Nå arbeider katodebeskyttelsesstasjonene på termogeneratorer, etterfulgt av kontinuerlig overvåking av effektiviteten på bare 2%. Den eneste verdigheten er lavpris, men hvis du ser i det lange løp, ta hensyn til kostnaden for drivstoff (og de er drevet av rørets innhold), og denne "fortjenesten" ser overbevisende ut. Ved hjelp av stasjoner på TEM-generatorene er det mulig å organisere ikke bare den uavbruttes spenningen til rørledningen, men også overføring av elektrisitet for telemetriopptak ... det sies at Russland uten vitenskap er et rør. Det viser seg at selv dette røret uten vitenskap og ny teknologi er et rør.