Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор информационных источников
1.1. Электрохимические системы с твердым полимерным электролитом 11
1.2. Топливные элементы
1.2.1. Классификация топливных элементов 19
1.2.2. Типы топливных элементов 21
1.3. Электролизеры 26
1.3.1. Электролизеры воды с твердым полимерным электролитом 28
1.4. Бифункциональные топливные элементы 33
1.4.1. Устройство бифункциональных элементов с твердым полимерным электролитом 40
1.4.2. Возможные схемы организации бифункционального элемента 63
1.4.3. Рабочие параметры бифункциональных элементов 64
1.5. Выводы по Главе 1 68
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть 69
2.1. Выбор и обоснование схемы работы бифункционального элемента с твердым полимерным электролитом 70
2.2. Метод химического парофазного осаждения для получения наноструктурного носителя 72
2.3. Модификация углеродного носителя 75
2.4. Химический метод синтеза наноструктурных электрокатализаторов на углеродном носителе 79
2.5. Физический метод синтеза наноструктурных электрокатализаторов на углеродном носителе 81
2.6. Синтез металлических черней 83
2.7. Структурные исследования синтезированных бифункциональных электрокатализаторов 84
2.7.1. Рентгенофазовый анализ 84
2.7.2. Электронная микроскопия 86
2.7.3. Термогравиметрический анализ
2.8. Электрохимические исследования синтезированных электрокатализаторов 92
2.8.1. Результаты электрохимических исследований в жидком электролите 94
2.9. Разработка и испытания мембранно-электродных блоков 98
2.9.1. Методика изготовления мембранно-электродных блоков для бифункционального элемента с твердым полимерным электролитом 98
2.10. Сборка ячейки 105
2.11. Методика исследования ячейки бифункционального топливного элемента 107
2.11.1. Методика исследования ячейки бифункционального топливного элемента в режиме электролизера 107
2.11.2. Методика исследования ячейки бифункционального топливного элемента в режиме топливного элемента 109
2.12. Результаты испытаний мембранно-электродных блоков 112
2.12.1. Влияние состава и структуры анодной электрокаталитической композиции на работу бифункционального элемента 113
2.12.2. Влияние гидрофобизации катодной электрокаталитической композиции на работу бифункционального элемента 117
2.12.3. Испытания катодных электрокатализаторов, полученных физическим методом синтеза и химическим методом синтеза на различных носителях 118
2.13. Исследования газодиффузионных слоев 120
2.13.1. Исследования различных газодиффузионных слоев 120
2.13.2. Исследование влияния равномерности поджатия газодиффузионных слоев 121
2.14. Выводы по Главе 2 127
ГЛАВА 3. Исследование стабильности характеристик мембранно-электродного блока бифункционального элемента с твердым полимерным электролитом, работающего в режиме электролиза воды 129
3.1. Методика эксперимента 130
3.1.1. Описание установки и мембранно-электродного блока 130
3.1.2. Условия стресс-теста 132
3.2. Послеаварийный анализ 133
3.2.1. Металлизация мембраны 135
3.2.2. Истончение мембраны 137
3.2.3. Деградация катодного электрокаталитического слоя 142
3.3. Выводы по Главе 3 143
ГЛАВА 4. Разработка и испытания модуля бифункционального элемента с твердым полимерным электролитом 145
4.1. Изготовление мембранно-электродных блоков для лабораторного образца модуля бифункциональных элементов с твердым полимерным электролитом 146
4.2. Сборка лабораторного образца модуля бифункциональных элементов на основе твердого полимерного электролита 147
4.3. Испытания лабораторного образца модуля бифункциональных элементов на основе твердого полимерного электролита 149
4.4. Выводы по Главе 4 151
Заключение 152
Список сокращений и условных обозначений 154
Список литературы 155
