КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ТОКА С ПРЯМЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ Н.В. Глебова Санкт-Петербург, 2012 Диссертация на соискание. - презентация

1 КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ТОКА С ПРЯМЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ Н.В. Глебова Санкт-Петербург, 2012 Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 Повышение эффективности катодного процесса в устройствах преобразования энергии позволит решить ряд важнейших задач альтернативной энергетики и приблизит желанный момент коммерционализации научных разработок и выхода таких устройств как ТЭ на рынок массового потребления. Работы в этом направлении ведутся во многих ведущих научных центрах мира, например Horizon fuel cells (Сингапур - Китай), Angstrom Power Inc (Канада), Toshiba (Япония), Samsung (Южная Корея), MTI MicroFuel Cells, Hitachi Maxell (Япония), DoCoMo – Aquafairy (Япония), Neah Power Systems (США), СEA (Франция), Fraunhofer Institut (Германия), в том числе и ФТИ им. А.Ф. Иоффе Актуальность работы Предметная область Устройства прямого преобразования энергии на основе твердополимерных топливных элементов (ТПТЭ). Наноструктурированные композиты на основе модифицированных углеродных нанотрубок для низкотемпературных ТПТЭ. Портативные источники электроэнергии на базе ТПТЭ. Введение Достоинства УНТ Участки с координационно ненасыщенными атомами Способность к модификации Смешанная проводимость при модификации Наличие транспортных пор Высокая электропроводность Открытая поверхность Активные слои – слои, где происходит процесс переноса заряда; Катодный слой – слой, где происходит перенос электронов с катода на молекулы кислорода Мембранно-электродный блок (МЭБ) – мембрана с нанесенными активными слоями Известен катализатор Pt/C (E-TEK) мВт/мг. Фактический коммерческий стандарт. Ведутся исследования направленные на повышение эффективности использования платины: Создание наноразмерных монодисперсных частиц ( 2-4 нм) (магнетронное распыление, лазерное электродиспергирование Использование бесплатиновых катализаторов (оксиды Mo, W, полианилин и др.) Использование нанотрубок в качестве носителя катализатора УНТ как структурный элемент + модификация Идея:

3 Цель и задачи работы Задачи 1. Разработать и адаптировать методики исследования физических характеристик композитов на основе УНТ и активных слоев мембранно-электродных блоков твердополимерных топливных элементов 2. Провести теоретический анализ процесса преобразования энергии в мембранно-электродном блоке твердополимерного топливного элемента с протонпроводящей мембраной, сформулировать критерии и оценить степень влияния отдельных факторов, определяющих эффективность преобразования энергии 3. Cоздать лабораторную технологию углеродных нанотрубок, модифицированных кислородсодержащими группами атомов 4. Изготовить образцы нанокомпозитов и исследовать скорость переноса электрона на молекулу кислорода при использовании композита на катоде 5. Создать лабораторную технологию наноструктурированных композитов, содержащих платину и углеродные нанотрубки, подвергнутые предварительной модификации 6. Оптимизировать катод мембранно-электродных блоков твердополимерных топливных элементов по составу 7. Построить модель катодного процесса в твердополимерных топливных элементах, содержащих платину и углеродные нанотрубки, подвергнутые предварительной модификации 8. Изготовить действующие приборы (мембранно-электродные блоки) воздушно-водородного топливного элемента 9. Исследовать электрические характеристики изготовленных приборов Цель работы Создание физических основ технологии нанокомпозитов на основе платины и углеродных нанотрубок для топливных элементов с повышенной эффективностью катализа.

4 I I IIIIII IVIV В работе использовались методы исследования: o Вольтамперометрии o измерения плотностей кинетических токов o циклической вольтамперометрии (ЦВА), o измерения площади поверхности платины o электрические характеристики МЭБ o дифференциально-термического анализа (ДТА), o адсорбционно-структурного анализа (АСА), o гелиевой пикнометрии, o энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) (EDAX), o просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), o сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Методы исследования Созданы методы: o ДТА для сравнительной оценки структурнозависимых параметров – величины площади удельной поверхности и диффузионного сопротивления слоя; o На основе данных ДТА по кинетики окисления платиносодержащих материалов на углеродном носителе создан метод их сравнительной оценки по электрокинетической активности Модернизированы методы исследования: o Адаптированы методы потенциодинамических кривых для изучения электрокинетических свойств материалов и устройств (методы циклической вольтамперометрии, полярограмм, разрядных кривых) 1/i = 1/i k + 1/(Bc 0 nω 1/2 ) Уравнение Коутецкого-Левича j – суммарная плотность тока; j k – плотность кинетического тока; j d – плотность внешнедиффузионного тока; j l – плотность внутридиффузионного тока. F – постоянная Фараде, D – коэффициент диффузии кислорода, v – кинематическая вязкость раствора); n – число электронов в электрохимической реакции; C 0 – концентрация кислорода в объеме раствора; ω – угловая скорость вращения электрода.

5 Диспергирование УНТ МСУНТ Таунит МСУНТ Плазмас ХарактеристикаЗначение ПлазмасТаунит средняя длинаот 150 до 350 нм2 и более мкм средний внешний диаметрот 6 до 10 нм15÷40 нм средний внутренний диаметрот 1.8 до 2.9 нм5÷8 нм среднее число слоевот 7 до 11 межслоевое расстояниеот 0.34 до 0.35 нм удельная площадь поверхности13 м 2 /г151 м 2 /г Микроструктурные характеристики углеродных материалов Выбран МСУНТ Плазмас по критериям: 1.Высокая диспергируемость 2.Эффективная технология 3.Низкая себестоимость 4.СПб производство

6 Модификация УНТ + О 2 + HNO 3 + HNO 3 + H 2 SO 4 Метод модификацииСодержание поверхностных соединений, % ПХО3.8 Термическое окисление0.42 HNO3 + H2SO45.4 HNO39.0 HNO3+H2SO4 HNO3 1. Плазмохимическая обработка Материал V пор, (гравиметрия), см 3 *г -1 V пор, (АСА) см 3 *г -1 S уд (БЭТ), м 2 *г -1 T Ox (начало горения) (ДТА),˚C Таунит разм Таунит Vulcan XC722, УНТ Корея Плазмас Графит (паспорт) 756 Плазменный разряд в среде Ar + O 2 + N 2 в равных долях при остаточном давлении 0.5 Торр, удельной мощности электрического разряда 0.05 Вт/см 3 и частоте 40 МГц. Обработку осуществляли в течение 450 с. 2. Модификация ДТА в аргоне МСУНТ Плазмас, после обработки в азотной кислоте Физические характеристики C материалов

7 Электрокинетические характеристики восстановления кислорода Вольтамперные характеристики УНТ и композита на их основе Эффект сокатализа ! Активность УНТ возрастает в ряду: исходные –> термически окисленные –> обработанные в HNO 3 + H 2 SO 4 –> обработанные в HNO 3. КатализаторУдельная плотность тока, мА/см 2 (истинной поверхности Pt) 100 мВ450 мВ E-TEK E-TEK+Плазмас, 1: E-TEK+Плазмас (HNO 3 ), 1: E-TEK+Плазмас (HNO 3 +H 2 SO 4 ), 1: ВАХ катодного процесса (раствор кислорода воздуха) на УНТ при скорости вращения дискового электрода 6000 об/мин. ЦВА УНТ, модификация: 1 – плазмохимическая; 2 –в HNO 3 ; 3 – в HNO 3 + H 2 SO 4 ; стационарный дисковый электрод, скорость развертки потенциала 50 мВ/с, 0.5 M H 2 SO 4, на воздухе Кинетические кривые восстановления кислорода на образце E-TEK + Плазмас; Кислородсодержащие поверхностные группы атомов на УНТ принимают участие в переносе электрона на молекулу кислорода, причем скорость переноса заряда тем больше, чем больше концентрация этих групп. Кинетический ток на УНТ (HNO 3 )= мА При совместном присутствии ММСУНТ и Pt кинетический ток электровосстановления кислорода, отнесенный к 1 см 2 Pt, (0.22 мА) больше, чем сумма кинетических токов на отдельных компонентах ( =0.060 мА) 1/i = 1/i k + 1/(Bc 0 nω 1/2 ) Уравнение Коутецкого-Левича

8 Моделирование структуры, теплового и водного обмена Зависимость отношения объема слоя к объему твердой фракции от содержания УНТ в слое Уравнение для распределения температуры в АС T ext - температура слоя на границе активного и газораспределительного слоев; T – средняя по объему слоя теплопроводность, - энергетический выход реакции в расчете на одну молекулу воды, который равен = 3, Дж, L – толщина АС; I – плотность потока протонов в МЭБ ТПТЭ, – объемная доля газовых каналов; T – средняя по объему слоя теплопроводность, z - координата. Распределение относительной влажности по толщине катодного слоя для разных толщин, внешних условий (температура, влажность) и доли УНТ (η) По результатам моделирования установлено, что УНТ в катодном слое играют роль структурообразующего элемента, уменьшающего диффузионное сопротивление слоя за счет образования структуры транспортных пор и увеличивающего порог конденсации паров воды. Это позволяет изготавливать слои большей толщины. Зависимость эффективного коэффициента диффузии паров воды в активном слое от среднего диаметра газовых каналов

9 9 Скорость развертки 10 мВ/с, температура 24 С, воздух-водород Скорость развертки 10 мВ/с, температура 80 С, кислород-водород Исследование электрических характеристик МЭБ Оптимизация катода ММСУНТ – 10 %, Nafion`а – 20 %, Загрузка платины мг/см E-TEK (20% Pt)+ Nafion; 2- - E-TEK(20% Pt) + Nafion + МСУНТ (не модифицир.); 3- - E-TEK (20% Pt)+ Nafion + ММСУНТ Зависимость удельной площади поверхности платины от содержания ММСУНТ в активном слое Зависимость массовой каталитической активности платины от содержания ММСУНТ при загрузки платины мг/см 2 Зависимость максимальной удельной мощности катода от загрузки платины (содержание ММСУНТ 8 – 11 %, содержание Nafion`а 20 %)

10 Введение

11 Технология 2. Плазмохимическая обработка 1. Получение МСУНТ Метод электродугового разряда в среде жидких ароматических углеводородов + О 2 + HNO 3 + HNO 3 + H 2 SO 4 Pt/C + Nafion + 3. Модификация HNO 3 +H 2 SO 4 HNO 3 4. Приготовление дисперсии материала Метод модификацииСодержание поверхностных соединений, % ПХО3.8 Термическое окисление0.42 HNO3 + H2SO45.4 HNO39.0 Плазменный разряд в среде Ar + O 2 + N 2 в равных долях при остаточном давлении 0.5 Торр, удельной мощности электрического разряда 0.05 Вт/см 3 и частоте 40 МГц. Обработку осуществляли в течение 450 с 5. Изготовление прибора Формирование активных слоев Готовый прибор

12 Выводы 1. Создан комплекс методик, позволяющий исследовать нанокомпозит на основе УНТ и приборы (мембранно-электродные блоки) ТПТЭ по следующим характеристикам: удельная площадь поверхности платины, ее дисперсность, средний радиус платиновых наночастиц в нанокомпозите, плотность кинетических токов катодного и анодного процессов, термическая устойчивость, степень модификации, степень открытости УНТ, удельная загрузка платины в активном слое, вольтамперные характеристики. 2. Проведено исследование различных типов УНТ для использования в качестве компонента активных слоев ТЭ. По способности образовывать устойчивые дисперсии выбраны УНТ Плазмас, полученные электродуговым методом с последующей плазмохимической модификацией. 3. Изучены приемы модифицирования и создана лабораторная технология углеродных нанотрубок с кислородсодержащими группами. Методом ДТА проведено исследование процесса модификации многостенных углеродных нанотрубок. Азотная кислота показала наилучшие результаты (убыль массы на дериватограмме составила около 9%). Посредством методов ПЭМ и гелиевой пикнометрии и ДТА установлен механизм плазмохимической и химической модификации УНТ, заключающийся в открытии концов нанотрубок и в присоединении кислородсодержащих групп атомов. 4. Создана лабораторная технология и изготовлены нанокомпозиты, содержащие платину и углеродные нанотрубки, исследована скорость переноса электрона на молекулу кислорода на катоде. Кислородсодержащие группы атомов на УНТ принимают участие в переносе электрона на молекулу кислорода, скорость переноса заряда тем больше, чем больше концентрация этих групп. Впервые установлено существенное увеличение скорости переноса заряда на катоде в присутствии модифицированных углеродных нанотрубок. Эффект связан с наличием кислородсодержащих групп атомов, принимающих участие в переносе электронов. 5. Проведено моделирование структуры катодного слоя воздушно-водородного ТПТЭ, теплового и массового (кислород, вода) баланса. Установлено, что добавка УНТ улучшает диффузионные свойства активного слоя, увеличивает порог конденсации паров воды, позволяет увеличить толщину слоя. 6. Оптимизирован катод по составу: содержание УНТ - 10%, Nafion`а – 20%, загрузка платины мг/см Построена модель катодного процесса в ТПТЭ, содержащих платину и УНТ, подвергнутые предварительной модификации. УНТ играют роль структурообразующего элемента, уменьшающего диффузионное сопротивление слоя за счет образования структуры транспортных пор, увеличивающего порог конденсации паров воды, защищающего поверхность платины от блокирования Nafion`ом. Присутствие УНТ влияет как на кинетический, так и на диффузионный фактор. Увеличение скорости переноса заряда на катоде связано с участием кислородсодержащих групп атомов непосредственно в процессе переноса электрона на молекулу кислорода и в механизме очистки поверхности платины от адсорбированных молекул. Роль диффузионного фактора сводится к улучшению снабжения катализатора кислородом и увеличению порога конденсации воды. 8. Изготовлены действующие приборы и исследованы их электрические характеристики. Оптимизированный катод показал следующие характеристики: удельную электрическую мощность до 2.4 раза выше, чем в случае традиционного материала – при 24 ˚C 425 мВт/см 2 и при 80 ˚C 580 мВт/см 2 при в 3 раза большей эффективности использования платины. Таким образом, все поставленные в работе задачи решены, а цель достигнута.

13 Положения, выносимые на защиту 1. Процесс плазмохимической и химической модификации УНТ заключается в открытии концов нанотрубок и в присоединении кислородсодержащих групп атомов. 2. Скорость переноса заряда на катоде на поверхности платины в присутствии модифицированных углеродных нанотрубок существенно выше, чем на платине без углеродных нанотрубок. 3. Кислородсодержащие группы атомов на модифицированных углеродных нанотрубках принимают участие в процессе переноса заряда на катоде на поверхности платины. 4. УНТ в катодном слое играют роль структурообразующего элемента, уменьшающего диффузионное сопротивление слоя, увеличивающего порог конденсации паров воды, защищающего поверхность платины от блокирования протонпроводящим полимером (нафион). 5. За счет применения модифицированных многостенных углеродных нанотрубок в катодном слое показана возможность изготовления мембранно-электродных блоков воздушно-водородных топливных элементов с удельной мощностью до 425 мВт/см 2 (24 0 С) и до 580 мВт/см 2 (80 0 С) при большей (до 3 раз) эффективности использования платины.

14 Публикации Статьи 1. Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА. Патент РФ , приоритет от Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Томасов А. А., Терукова Е.Е., Филиппов А.К., СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЛОЯ ТВЕРДОПОЛИМЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА. Разрешение на выдачу патента от Заявка /07(022926) приоритет от Нечитайлов А.А., Глебова Н.В., Кошкина Д.В., Томасов А.А., Терукова Е.Е. Оптимизация катодного каталитического слоя воздушно-водородного топливного элемента // Журнал альтернативная энергетика и экология , принята в печать 4. Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Гурин В.Н. Особенности электровосстановления кислорода на нанокомпозите платинированная углеродная сажа – функционализированные углеродные нанотрубки // ПЖТФ Т. 37, вып. 14. С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Кукушкина Ю.А., Соколов В.В. Исследование термического окисления углеродных наноматериалов // ПЖТФ Т. 37, вып. 9. С Забродский А.Г., Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Теруков Е.И., Томасов А.А., Зеленина Н.К. Мембранно-электродные блоки с высокой удельной мощностью на основе функционализированных многостенных углеродных нанотрубок // ПЖТФ Т. 36, вып. 23. С. 98 – Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Функционализация поверхности многостенных углеродных нанотрубок // ПЖТФ Т. 36, вып. 1. С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Электрокаталитическая активность поверхностных атомов платины на кремнии // ПЖТФ Т. 36, вып. 2. С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Теруков Е.И., Кукушкина Ю.А., Филиппов А.К. Углеродные наноструктурированные материалы для активных слоев электрохимических преобразователей энергии // Журнал Альтернативная энергетика и экология С Анкудинов А.В., Глебова Н.В., Гущина Е.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Боброва Л.П., Тимофеев С.В. Сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия поливных протонпроводящих мембран микротопливных элементов // Альтернативная энергетика и экология С Нечитайлов А.А., Глебова Н.В. Спектрофотометрический неразрушающий экспресс-метод аттестации пленок α-C, Pt, α-C–Pt по компонентному составу // Альтернативная энергетика и экология С Патенты 1. Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА. Патент РФ , приоритет от Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Томасов А. А., Терукова Е.Е., Филиппов А.К., СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЛОЯ ТВЕРДОПОЛИМЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА. Разрешение на выдачу патента от Заявка /07(022926) приоритет от

15 Публикации Доклады 1. Филиппов А.К., Федоров М.А., Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Теруков Е.И., Филиппов Р.А. Плазмохимическая модификация наноматериалов // Тезисы доклада 7-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт-Петербург ноября С Кошкина Д.В., Нечитайлов А.А., Глебова Н.В., Терукова Е.Е. Портативное зарядное устройство на воздушно-водородном топливном элементе с ФМСУНТ // Тезисы доклада 7-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики» Санкт-Петербург ноября С Забродский А.Г., Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Кошкина Д.В., Кожевин В.М., Томасов А.А., Зеленина Н.К., Филиппов А.К. Физические основы электродного катализа воздушно-водородных топливных элементов в присутствии функционализированных углеродных нанотрубок // Тезисы доклада 7-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт-Петербург ноября С Koshkina D.V., Terukova E.E., Nechitailov A.A., Glebova N.V., Kukin A.V. Developing of compact portable power source on the base of hydrogen fuel cell, with catalytic layers based on funktsionalized carbon nanotubes // Тезисы доклада на молодежной секции Четвертого Международного форума по нанотехнологиям, Москва октября С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Функционализация многостенных углеродных нанотрубок для электрокаталитических слоев // Тезисы доклада 6-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт-Петербург ноября С Забродский А.Г., Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Теруков Е.И., Томасов А.А., Зеленина Н.К. Мембранно-электродные блоки с удельной мощностью 580 мВт/см 2 на основе функционализированных многостенных углеродных нанотрубок // Тезисы доклада 6-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт-Петербург ноября С Нечитайлов А.А., Глебова Н.В., Томасов А.А., Астрова Е.В., Мезопористый кремний как потенциальный носитель платинового катализатора // Труды VII-ой Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». Санкт-Петербург. 28 июня-01 июля С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Об электрохимическом обратимом насыщении водородом мезопористого кремния // Труды VII-ой Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». Санкт-Петербург. 28 июня-01 июля С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Терукова Е.Е., Теруков Е.И., Николаев Ю.А., Филиппов А.К. Использование углеродных нанотрубок в активных слоях электрохимических установок // Труды VII-ой Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». Санкт-Петербург. 28 июня-01 июля С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Зубец О.С. Особенности электрокатализа в системах, содержащих химически функционализированные углеродные нанотрубки // Труды VII-ой Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». Санкт-Петербург. 28 июня-01 июля С Глебова Н.В., Нечитайлов А. А. Электрокаталитическая активность поверхностных атомов платины на различных носителях // Труды 3 Международного симпозиума по водородной энергетике. Москва. 1-2 декабря С Нечитайлов А.А., Глебова Н. В., Астрова Е.В., Томасов А.А. Придание ионной проводимости мезопористому кремнию // Тезисы доклада 5-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт-Петербург ноября С

16 Публикации Доклады 13. Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Циплухина А.М. Стабилизация дисперсии углеродных нанотрубок при приготовлении каталитических чернил для топливных элементов // Тезисы доклада 5-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт- Петербург ноября С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Кукушкина Ю.А. Исследование структурных и термических свойств углеродных наноструктурированных материалов для ТЭ // Тезисы доклада 5-ой Российской конференции «Физические проблемы водородной энергетики». Санкт-Петербург ноября С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Звонарева Т.К. Физико-химические превращения при термическом воздействии на наноструктурированный углеродный материал, полученный магнетронным распылением графита // Тезисы 6-ой Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». г. Троицк Московской области. 28–30 октября С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Исследование электрокаталитических свойств платины в магнетронном нанокомпозите a-C – Pt методом циклической вольтамперометрии // Тезисы доклада "Политехнического симпозиума: Молодые ученые – промышленности Северо- Западного региона". Санкт-Петербург. 9 декабря С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А. Производство ультраактивного магнетронного нанокатализатора // Устный доклад на баркэмп конференции Первого Российского Молодежного Инновационного Конвента. Москва декабря Нечитайлов А.А., Глебова Н.В. Спектрофотометрический метод аттестации нанокомпозитных слоев системы α-C – Pt // Тезисы доклада Международного Форума по Нанотехнологиям. Москва. 3-5 декабря 2008.Т. 1. С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Звонарева Т.К. Новые катализаторы на основе нанокомпозита a-C – Pt для низкотемпературных топливных элементов // Тезисы доклада Международного Форума по Нанотехнологиям. Москва. 3-5 декабря С Глебова Н.В. Каталитический материал на основе магнетронного нанокомпозита a-C – Pt и углеродных нанотрубок для топливных элементов // Тезисы доклада X Всероссийской Молодежной Конференции по физики полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектроники. Санкт-Петербург. 1-5 декабря С Глебова Н.В. Графитизация аморфного углерода в системе a-C – Pt. Тезисы доклада 37 недели науки СПбГПУ // Материалы Всероссийской межвузовской научной конференции студентов и аспирантов. Санкт-Петербург ноября 2008, ч. 6. С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Звонарева Т.К. Высокоэффективный катализатор системы a-C – Pt + CNT // Тезисы доклада третьей международной конференции «Водородная энергетика будущего: регионы и отрасли». Москва. 4-5 июня Глебова Н.В., Нечитайлов А.А.Спектрофотометрический метод в аттестации нанокомпозита системы a-C – Pt // Тезисы доклада третьей международной конференции «Водородная энергетика будущего: регионы и отрасли». Москва. 4-5 июня С Глебова Н.В., Нечитайлов А.А., Звонарева Т.К. Исследование процесса графитизации аморфного углерода (a-C) в нанокомпозите a-C – Pt, полученном методом магнетронного напыления // Тезисы доклада Шестой Международной Научно-практической Конференции Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности. Санкт-Петербург. 16– С Терукова Е.Е., Анкудинов А.В., Гущина Е.В., Нечитайлов А.А., Глебова Н.В., Боброва Л.П., Тимофеев С.В. Сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия поливных протонопроводящих мембран микротопливных элементов // Тезисы доклада I Международной конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества». г. Суздаль. 29 cентября - 3 октября С

17 Спасибо за внимание 17

18 Определение основных понятий Топливный элемент Топливный элемент это электрохимическая система, которая напрямую преобразуют энергию химических связей в электрическую Суммарная реакция: 2H 2 + O 2 2H 2 O Кислородно-водородный ТЭ Анод: H 2 - 2ē + 12H 2 O + (Pt 0 ) 2[H 13 O 6 ] + + (Pt - ) Катод: O 2 + 4ē + 2H 2 O + aq + (Pt 0 ) 4OH - *aq+ (Pt + ) 18

19 Почему УНТ? Плазмас? Достоинства УНТ Участки с координауионно ненасыщенными С атомами Способность к химической модификации Смешанная проводимость при функционализации Наличие транспортных пор Высокая электропроводность Химическая стабильность Открытая поверхность Достоинства Плазмас Устойчивые, однородные дисперсии Отечественная производство Эффективная технология Технология Плазмас Электродуговой метод получения + в/ч плазменная обработка Выход > 90% Дешевое сырье – технический графит Высокая производительность – 100 г/час Низкая с/с ПЭМ МСУНТ Плазмас ПЭМ МСУНТ Таунит