Южный федеральный университет Низкотемпературный топливный элемент на основе электрокатализатора с наночастицами "оболочка - ядро« - Ластовина Т.А. Т.А. - презентация

1 Южный федеральный университет Низкотемпературный топливный элемент на основе электрокатализатора с наночастицами "оболочка - ядро« - Ластовина Т.А. Т.А. МЕЖДУНАРОДНЫЙ МОЛОДЕЖНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ «ДОРОГА К ЗВЕЗДАМ»

2 Топливные элементы уже используются

3 - + H2H2 H2 H2 Air (O 2 ) H 2 O +Air (O 2 ) H+H+ Токоотвод / газораспредели- тельный слой / Подложка для нанокатализатора (углеродная бумага) ( ) Ионопро- водящая мембрана Схема водородно-кислородного Топливного Элемента с протонопроводящей мембраной [Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)] утечка H 2 H 2 Каталитический слой (Pt-Me/C) (Pt- Me/C)

4 Топливный элемент Сборка нескольких сотен биполярных пластин Cell stack ANODE CATHODE ELECTROLYTE ANODE CATHODE ELECTROLYTE ANODE CATHODE ELECTROLYTE ANODE CATHODE ELECTROLYTE Биполяр- ный электрод

5 Pt/C и PtMе/C нанокатализаторы сами по себе являются коммерческим продуктом, привлекательным как для внутрироссийских потребителей (по соотношению цена/качество), так и для международных исследовательских центров и кампаний-производителей (при обеспечении каталитической активности на уровне лучших мировых образцов). Pt/C PtMе/C Основные производители катализаторов для ТЭ: Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K., Johnson Matthey, E-TEC Co Ltd : Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K., Johnson Matthey, E-TEC Co Ltd

6 Типы электрокатализаторов низкотемпературных ТЭ (с точки зрения природы и структуры материала) ( ) Катализаторы на основе Pt Pt Наночастицы Pt и ее сплавы Pt Высокодисперсные катализаторы на С-носителе С Бесплатиновые Катализаторы Катализаторы с особой структурой Органометаллические комплексы Металлы, сплавы и неорганические соединения

7 Возможные модели осаждения платины на наночастицу (ядро) другого металла

8 Синтез Pt x Cu/C с неоднородным распределением металлов в наночастицах последовательным осаждением металлов Pt x Cu/C «Боргидридный метод» « » Модифицированный «боргидридный метод» -соосаждение незначительного кол-ва платины для облегчения нуклеации меди. « » -

9 PtCu/C PtCu/C после кипячения в 1 M H 2 SO 4 при С в течение часа PtCu/C 1 H 2 SO С 1 PtCu/C до и после обработки в кислотах PtCu/C

10 CuPt до и после обработки в кислоте CuPt CuPt после кипячения в 1 M H 2 SO 4 при С в течение часа CuPt 1 H 2 SO С 1 CuPt

11 Cu 2 Pt Cu 2 Pt без обработки Cu 2 Pt Cu 2 Pt после кипячения в 1 M H 2 SO 4 при С в течение часа Cu 2 Pt 1 H 2 SO С 1 Cu 2 Pt после кипячения в 1 M H 2 SO 4 при 80 0 С в течение 7 часов Cu 2 Pt 1 H 2 SO С 7

12 Циклическая вольтамперометрия Pt-Cu/C материалов Pt-Cu/C CuPt после кислотной обработки CuPt PtCu/C после кислотной обработки PtCu/C 3,5 нм 7,1 нм Электролит - 1 М H 2 SO 4, насыщенная кислородом. Скорость развертки потенциала – 20 мВ/с, скорость вращения электрода – 1500 оборотов в минуту. 5й цикл. -1 H 2 SO 4 – 20mV/s,

13 Образец CAS, m 2 /g (PtCu) CS_ CS_ Инертная атмосфера в 1 М H 2 SO 4, скорость развертки – 100 мВ/с 1 H 2 SO 4, –100mV/s CuPt

14 Интеллектуальная собственность Патент на изобретение «Электрокатализатор с низким содержанием платины для низкотемпературных топливных элементов» готовится заявка на патент « » 5 нм 2 нм

15 Основные риски в коммерциализации предлагаемого проекта: : 1. Производство и вывод на рынок аналогичной продукции конкурентами. Путь преодоления - высокое качество выпускаемой продукции; предоставление изделий на пробные испытания потенциальным потребителям. - ; 2. Длительный срок завоевания устойчивого бренда. Путь преодоления – активная маркетинговая кампания, включающая в себя предоставление изделий на пробные испытания потенциальным потребителям, участие в выставках, ярмарках, создание электронного сайта и т.д. –, 3. Политические аспекты, связанные с замедлением инновационного пути развития российской экономики.

16 Сертификация созданных материалов, лицензирование производства. Выпуск первой серии электрокатализаторов. Патентные заявки на промышленные образцы. Подготовка технической документации и лицензии на продажу продукта. Проведение переговоров с потенциальными отечественными и зарубежными заказчиками., Сертификация созданных материалов, лицензирование производства. Выпуск первой серии электрокатализаторов. Патентные заявки на промышленные образцы. Подготовка технической документации и лицензии на продажу продукта. Проведение переговоров с потенциальными отечественными и зарубежными заказчиками., Дорожная карта реализации проекта г Отработка методики получения оптимальных по составу, структуре и удельной активности электрокатализаторов со структурой оболочка-ядро (на основе лабораторных испытаний). Сравнительная оценка удельной активности и коррозионно- морфологической стабильности. Патент «Испытание выбранных опытных образцов электрокатализаторов в мембранно-электродных блоках топливных элементов», правообладатель - Южный Федеральный Университет г Испытание выбранных опытных образцов электрокатализаторов в мембранно- электродных блоках топливных элементов. Усовершенствование методики получения материалов в количествах, достаточных для коммерческого производства. Изготовление опытной партии электрокатализаторов. Испытание выбранных опытных образцов электрокатализаторов в мембранно- электродных блоках топливных элементов. Усовершенствование методики получения материалов в количествах, достаточных для коммерческого производства. Изготовление опытной партии электрокатализаторов г