Каталізатор кисневого електрода на основі оксиду кобальту

Каталізатор кисневого електрода на основі оксиду кобальту, що складається з оксидної сполуки кобальту, який відрізняється тим, що оксидна сполука кобальту наноситься гальванічним способом на вуглецеві нанотрубки, які слугують одночасно носієм та електровідновною добавкою, що приводить до значного збільшення робочої густини струму на кисневому електроді. (19) (21) u200908027 (22) 29.07.2009 (24) 25.12.2009 (46) 25.12.2009, Бюл.№ 24, 2009 р. (72) СТАДНИК ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРІВНА, БОЛДИРЄВ ЄВГЕН ІВАНОВИЧ, ДАНИЛОВ МИХАЙЛО ОЛЕГОВИЧ, ІВАНОВА НАТАЛІЯ ДМИТРІВНА (73) ІНСТИТУТ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИ 3 46622 Близьким за технічною суттю до корисної моделі є спосіб (найближчий аналог) одержання каталізатора реакції відновлення кисню [7] на основі оксидів кобальту складу: СохОу(ОН)z, де х=0,650,71; у=1,34-1,79; z=1,3-1,52. Цей каталізатор отримують електрохімічним методом із водних фторвмісних розчинів при кім-2 натній температурі і густині струму 1-8А дм . Константа швидкості розкладу пероксиду вод-4 -1 ню становить (7 9) 10 моль с Навантажувальні характеристики кисневого електроду на базі цих сполук такі: робоча густина струму 220мА см-2 при поляризації 350мВ (робоча напруга 0,8В). Недоліком цього каталізатору є невисокі питомі характеристики -густина струму і відносно мала питома поверхня, відсутність мезопористої структури, і як наслідок, мала зона генерації струму. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити каталітичну активність і питомі електрохімічні характеристики електродів на основі оксидної сполуки кобальту. Задача вирішується тим, що каталізатор осаджується на носій з вуглецевих нанотрубок. Каталізатор одержують гальванічним осадженням оксидної сполуки кобальту на спресовані у вигляді таблетки вуглецеві нанотрубки з електроліту, г л-1: CoSO4∙7H2O 10-20; NH4F 20-40. Умови електролізу: температура - кімнатна (18-25 С), густина струму - 4-12 А дм-2. Потім з цієї композиції за допомогою пресування готували двошаровий кисневий електрод, який складався з двох шарів: активного та гідрофобного. Активний шар складався з каталітичної нанокомпозиції вуглецевих нанотрубок та оксидної сполуки кобальту, в'яжучої емульсії фторопласту. Гідрофобний шар готувався з ацетиленової сажі, далі електричні характеристики цього електрода вимірювали на макеті комірки кисневого електрода з цинковим анодом в лужному електроліті при підвищеному тиску кисню. Робочі характеристики отримували в гальваностатичному режимі. Навантажувальні характеристики кисневого електрода на базі цих сполук такі: робоча густина струму 450-480мА см-2 при поляризації 350мВ (робоча напруга 0,8В). Підвищена активність каталізатора в порівнянні з найближчим аналогом обумовлена тим, що його поверхня при осадженні на носій з вуглецевих нанотрубок буде значно більшою (сумірна з поверхнею самих нанотрубок) в порівнянні з порошком, відповідно, збільшаться і питомі характеристики каталізатора. Приклади виконання. -1 Приклад 1. Склад електроліту, г л : Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 4 CoSO4 7H2O 10; NH4F 20. Умови електролізу: температура - кімнатна (18-25 С), густина струму - 4 А дм-2. Робочі характеристики кисневого електроду: І=450 мА см-2, при t=20 C. Приклад 2. Склад електроліту, г л-1: CoSO4 7H2O 15; NH4F 30. Умови електролізу: температура - кімнатна (18-25 С), густина струму - 6 А дм-2. Робочі характеристики кисневого електроду: І =460 мА см-2, при t=20 C. Приклад 3. Склад електроліту, г л-1: CoSO4 7H2O 20; NH4F 40. Умови електролізу: температура - кімнатна (18-25 С), густина струму - 12 А дм-2. Робочі хара-2 ктеристики кисневого електроду: І=480 мА см , при t=20 C. Виходячи з наведених даних, можна зробити висновок, що запропонований нами каталізатор на основі оксидної сполуки кобальту, нанесеної на вуглецеві нанотрубки, значно ефективніший: робоча густина струму відновлення кисню на такому електроді перевищує аналогічні характеристики найближчого аналога зменшується використання активного матеріалу - оксидної сполуки кобальту, частка якої становить 4-5% від загальної маси каталізатора. Окрім того, вуглецеві нанотрубки самі є каталізаторами відновлення кисню та при взаємодії з наночастинками оксидної сполуки кобальту сумарна каталітична активність цих матеріалів значно підвищується. Література 1. S. Trasatti /31st Meet Int. Soc. Electrochem., Venice, 1980. Extend. Abstract. V.1S.L., s.a., 115116. 2. Патент США №4005186 МКИ B0IJ 23/74, 35/02; С0IG 49/00. опубл. 25.02.1979, Т.954, №4. Способ повышения активности катализатора. 3. Єфремов Б.Н., Тарасович М.Р. Кинетика и механізм реакций электровосстановления и выделения кислорода на кобальтових шпинелях. //Электрохимия. - 1981. - Т.17, №11. - С.1672-1679. 4. J.P. Brenet //J. Power Sources, - 1979. - V.4, №3, P.183-190. 5. Fabio H.B. Lima, Marcelo L. Calegaro, Edson A. Ticianelli. //J. Electroanal. Chem. - 2006. V.590.1.2. - P.152-160. 6. Doreen Thiele, Andreas Zϋttel. //J. Power Sources. - 2008. - V.183. - P.590-594. 7. Іванова Н.Д., Болдирєв Є.І., Стадник О.О. Деклараційний пат. №68287 А. - Спосіб одержання каталізатора реакції. Бюл. №7. 2004. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601