Введение
Глава 1. Литературный обзор 13
1.1. Основные сведения о топливном элементе с полимерной мембраной 13
1.1.1. Устройство, принцип работы и вольтамперная характеристика 13
1.1.2. Топливные элементы с допированной кислотой полимерной матрицей в качестве протон-проводящей мембраны 17
1.1.3. Структура электродов полимерных ТЭ 19
1.2. Дизайн активных слоев электродов высокотемпературных полимерных ТЭ 21
1.2.1. Различные известные подходы к организации структуры и состава активного слоя электрода фосфорнокислотного ТЭ с полимерной матрицей 21
1.2.2. Сверхкритический СО2 как растворитель для создания материалов для топливных элементов 28
1.3. Синтез катализаторов для топливных элементов с использованием СК СО2 30 1.4. Создание регулярных наноструктур каталитических частиц на поверхности подложки с использованием эффекта самоорганизации диблок-сополимеров в растворе 35
1.5. Выводы из обзора литературы и постановка задачи 41
1.5.1. Дизайн активного слоя электрода фосфорнокислотного ТЭ с полимерной матрицей 41
1.5.2. Исследование специфических преимуществ и закономерностей процесса получения каталитических материалов для ТЭ с использованием СК СО2. 43
1.5.3. Формирование регулярных наноструктур прекурсора на подложке с использованием самоорганизации блок-сополимеров в растворе СК СО2. 44
Глава 2. Экспериментальная часть 45
2.2. Процедура изготовления электродов 45
2.1.1. Изготовление микропористых слоев 45
2.1.2. Изготовление активных слоев 46
2.1.3. Изготовление модельных электродов для циклической вольтамперометрии в трехэлектродной ячейке 46
2.2. Процедура сборки и тестирования ТЭ 47
2.2.1. Сборка МЭБ 47
2.2.2. Тестирование МЭБ 48
2.3. Получение материалов с использованием СК СО2
как растворителя 52
2.3.1. Общая схема установки и экспериментов по осаждению тонких пленок из растворов в СК СО2 52
2.3.2. Приготовление модифицированного каталитического материала с тонкой пленкой Тефлон АФ, осажденной на поверхность из растворов в СК СО2 53
2.3.3. Модельные эксперименты по осаждению металлоорганического прекурсора Pt на пирографит из растворов в СК СО2. 55
2.3.4. Осаждение упорядоченных структур катализатора на модельную подложку из растворов в СК СО2 с использованием самоорганизации диблок-сополимера в сверхкритической среде 57
Глава 3. Дизайн активных слоев электродов фосфорнокислотных топливных элементов с полимерной матрицей . 61
3.1. Определение электрохимически активной поверхности Pt для модицифированных каталитических материалов с осажденной на их поверхность из растворов в СК СО2 пленкой Тефлон АФ. 61
3.2. Производительность МЭБ на основе модифицированных материалов, сравнение с литературными данными 64
3.3. Анализ результатов электрохимической спектроскопии импеданса 70
Глава 4. Исследования специфики синтеза каталитических материалов с использованием СК СО2 как растворителя 75
4.1. Производительность ТЭ с каталитическим материалом, синтезированным с использованием СК СО2 в качестве растворителя 75
4.2. Анализ CCM изображений структур металлоорганического прекурсора, осажденного на поверхность пирографита из растворов в СК СО2, а также изображений структур, получаемых после восстановления прекурсора 78
4.3. Исследование полученных наночастиц Pt: спектры РФЭС и распределение по размерам. 83
Глава 5. Создание упорядоченных структур катализатора на модельной подложке с использованием самоорганизации диблок-сополимера в среде СК СО2 88
5.1. Формирование мицелл диблок-сополимера в СК СО2. 88
5.2. Осаждение мицелл из раствора в СК СО2, содержащего дисперсию металлических наночастиц 92
5.3. Осаждение диблок-сополимера и металлоорганического прекурсора с одновременным частичным восстановлением прекурсора водородом 95
Заключение 99
Выводы 100
Благодарности 102
Список литературы 103
