Высокоэффективные электрокатализаторы для водородо-воздушных топливных элементов и электрохимические конденсаторы с высокой разрядной емкостью

Проведена разработка превосходящих аналоги материалов и устройств, необходимых для создания: а) низкотемпературных водородо-воздушных топливных элементов с полимерной мембраной (НТЭ), в первую очередь, водородо-воздушных и метанольных НТЭ, и б) электрохимических конденсаторов с высокой удельной емкостью. Выполнена разработка технологичного способа синтеза, и получены образцы нанесенных наноструктурных платиносодержащих электрокатализаторов на углеродном и/или неуглеродном носителе, превышающих по активности и стабильности зарубежные коммерческие аналоги с аналогичным содержанием платины (Johnson Matthey, E-TEK, TEC). Изготовлен прототип (опытный образец) углерод/углеродного суперконденсатора на водном нейтральном электролите с высокими рабочими характеристиками, превосходящими отечественные аналоги. В 2017 г. разработаны новые способы жидкофазного синтеза и получены Pt/C и Pt/(SnO₂/C) электрокатализаторы, характеризуемые высокой площадью электрохимически активной поверхности. При исследовании в электрохимической ячейке отдельные образцы катализаторов продемонстрировали стабильность и/или электрокаталитическую активность в реакциях электровосстановления кислорода и/или электроокисления метанола, превышающие таковые у коммерческих образцов Pt/C. Применение оксида углерода II в качестве ПАВ при синтезе Pt/C катализаторов позволило уменьшить размер формирующихся НЧ платины и, как следствие, увеличить площадь электрохимически активной поверхности платины. Установлен механизм влияния молекул CO на процессы нуклеации/роста наночастиц платины. Показано, что активированные угли Norit DLS Supra 30 и 50, а также углеродные ткани Т-040, Т-055 и Л-03 могут быть использованы для изготовления суперконденсаторов с нейтральным водным электролитом. При этом лучшими характеристиками обладают электроды, приготовленные на основе угля Norit DLS Supra 30 и углеродной ткани Л-03. Установлено, что в 0,1-М водных растворах сульфата и нитрата натрия при малых токах заряда - разряда (до 2 мА) вклад в суммарную емкость вносят только псевдоемкостные процессы, а при больших токах появляются омические потери. В 1-М растворах сульфата и нитрата натрия при токах заряда - разряда 1 - 4 мА возникают диффузионные ограничения, связанные с выходом анионов из углеродного материала. Показано, что лучшим материалом в качестве коллектора тока в суперконденсаторах на основе водных нейтральных электролитов является фольга из нержавеющей стали.