Повышение долговечности электрокатализаторов для топливных элементов посредством направленной модификации углеродных носителей с учетом механизма деградации материалов в процессе их функционирования

Низкотемпературные топливные элементы с протонообменной мембраной (ПОМТЭ) являются важной частью интенсивно развивающейся водородной энергетики. Одними из ключевых компонентов таких устройств являются электрокатализаторы, ускоряющие протекание токообразующих реакций и обеспечивающие высокую эффективность работы ПОМТЭ. Наночастицы платины и ее сплавов, нанесенные на углеродный носитель, являются наилучшими электрокатализаторами реакций, протекающих на катоде и аноде топливных элементов. Способность электрокатализаторов сохранять свои характеристики в процессе функционирования характеризует их долговечность и во многом определяет ресурс работы ПОМТЭ. Стабильность и активность платиноуглеродных катализаторов зависят от их состава и особенностей иерархически организованной структуры. Актуальность проекта обусловлена необходимостью создания стабильных электрокатализаторов для водородной энергетики. Используемые во всем мире платиноуглеродные катализаторы подвержены высокой деградации в условиях работы, что снижает долговечность и эффективность топливных элементов и устройств на их основе. Создание материалов, обеспечивающих более длительный ресурс работы топливных элементов с протонообменной мембраной, является актуальным решением проблемы. Научная проблема, на решение которых направлен проект заключается в необходимости выяснения динамики и механизмов процессов реорганизации микроструктуры электрокатализаторов, происходящих в процессе функционирования катализатора в условиях электрохимической активации, длительного стресс-тестирования в лабораторных условиях, а также и при работе мембранно-электродных блоков для определения причин деградации материалов и прогнозирования способов повышения их стабильности. Научная новизна настоящего исследования состоит в получении новых знаний о механизмах реорганизации микроструктуры электрокатализаторов, происходящих в процессе функционирования материала, также о взаимосвязи природы азот-содержащих групп в N-допированном углеродном носителе с эффективностью влияния интеркалированного азота на сорбцию металлических НЧ в процессе синтеза, активность НЧ платины и ее сплавов в токообразующих реакциях, на стабильность электрокатализаторов. Прикладные задачи проекта: 1) разработка и масштабирование способов получения высокоэффективных электрокатализаторов для ПОМТЭ с повышенным ресурсом работы; разработка методик стресс-тестирования, повышающих корреляцию между результатами оценки стабильности электрокатализаторов посредством ускоренного стресс-тестирования в лабораторных условиях и результатами ресурсных испытаний в мембранно-электродных блоках топливных элементов.