catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-154Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАТАЛИЗАGENERAL PROBLEMS OF CATALYSISPtCoCr/C ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ C ПРОТОНПРОВОДЯЩИМ ПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМPtCoCr/C electrocatalysts for fuel cells with proton-conducting polymer electrolyteТарасевичМ. Р.TarasevichM. R.

д-р хим. наук, зав. лабораторией «Электрокатализ и топливные элементы». Тел.: (495) 952-49-29

bogd@elchem.ac.ruБогдановскаяВ. А.BogdanovskayaV. A.

д-р хим. наук, ведущий науч. сотрудник той же лаборатории. Тел.: (495) 955-45-74

bogd@elchem.ac.ruАндреевВ. Н.AndreevV. N.

д-р хим. наук, зав. лабораторией «Межфазные границы и электрокатализ». Тел.: (495) 955-46-97

vandr@phyche.ac.ruИнститут физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, г. МоскваRussian Federation201427112014021627Copyright © LLC "KALVIS", 20142014LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/154

Обсуждены результаты работ, проводимых в ИФХЭ РАН по созданию современных каталитических систем (PtCoCr/C) со структурой ядро – оболочка, где ядро – сплав металлов, а оболочка обогащена платиной. Новым свойством катализатора, обеспечивающим активность, селективность в отношении восстановления О2 до воды и коррозионную устойчивость, является снижение заполнения поверхности Pt в оболочке прочно хемосорбированным кислородом. Разработана архитектура катода МЭБ при использовании PtCoCr/C, проведены его испытания (ресурсные и ускоренное стресс-тестирование) в ТЭ c протонпроводящим полимерным электролитом. Показано, что при использовании PtCoCr/C (30 мас.% Pt) и снижении расхода Pt на катоде в два раза достигнутые характеристики не уступают таковым с Pt/C катализатором. Кроме того, в исследованных условиях эффективность использования Pt в PtCoCr/С значительно выше, чем в Pt/C. Полученные результаты открывают возможность перехода к следующему этапу работ – организации производства современных низкотемпературных ТЭ с характеристиками, соответствующими мировому уровню, с использованием отечественных материалов.

There were works to develop the advanced catalyst systems (PtCoCr/C) with a core-shell structure, where the core – a metal alloy, and the shell is rich in platinum. The works were made in Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences. Reduction of surface coverage of Pt in the shell by firmly chemisorbed oxygen is a novel feature of the catalyst providing corrosion resistance, activity, selectivity with O2 recovery to water. Architecture of cathode OIE was developed using PtCoCr/C, its tests were conducted (resource and accelerated stress testing) in TE with proton-conducting polymer electrolyte. It has been shown that achieved characteristics are not inferior to those characteristics on Pt/C catalyst, using PtCoCr/C (30 wt.% Pt) andPt reduction at the cathode twice. Furthermore, in the test conditions, the efficiency of use Pt in PtCoCr/C system was considerably higher than in Pt/C. These results open the possibility of transition to the next phase – the organization of production of modern low-temperature fuel cells with characteristics corresponding to the world standards, using local materials.

синтез катализатораэлектрокатализреакция электровосстановления кислородакоррозиятопливный элементмембранно-электродный блок (МЭБ)протонпроводящий полимерный электролит.electrocatalysisoxygen reduction reactioncorrosionfuel cellmembrane-electrode assembly (MEA)protonconducting polymer electrolyteReferencesMock P., Schmid S. // J. Power Sources. 2009. Vol. 190. P. 133—140.Mock P., Schmid S. // J. Power Sources. 2009. Vol. 190. P. 133—140.Schoots K., Kramer G.J., van der Zwaan B.C.C. // Energy Policy. 2010. Vol. 38 (6). P. 2887— 2897.Schoots K., Kramer G.J., van der Zwaan B.C.C. // Energy Policy. 2010. Vol. 38 (6). P. 2887— 2897.Greeley, Rossmeis J., Hellman A., Norskov J.K. // Z. Phys. Chem. 2007. Vol. 221. P. 1209—1220.Greeley, Rossmeis J., Hellman A., Norskov J.K. // Z. Phys. Chem. 2007. Vol. 221. P. 1209—1220.Groom D.L., Rajaasekhara S., Matyas S. et al. // ECS Transactions. 2011. Vol. 41 (1). P. 933—936.Groom D.L., Rajaasekhara S., Matyas S. et al. // ECS Transactions. 2011. Vol. 41 (1). P. 933—936.Rabis A., Rodriguez P., Schmidt T.J. // ACS Catalysis. 2012. Vol. 2. P. 864—890.Rabis A., Rodriguez P., Schmidt T.J. // ACS Catalysis. 2012. Vol. 2. P. 864—890.Epping-Martin K., Kopasz J.P., Benjamin T.G. et al. // ECS Transactions. 2011. Vol.41 (1). P. 917—932.Epping-Martin K., Kopasz J.P., Benjamin T.G. et al. // ECS Transactions. 2011. Vol.41 (1). P. 917—932.Selvaaganesh S.V., Sridhar P., Pitchumani S., Shukla A.K. // J. Electrochem. Soc. 2013. Vol. 160(1). P. F49—F59.Selvaaganesh S.V., Sridhar P., Pitchumani S., Shukla A.K. // J. Electrochem. Soc. 2013. Vol. 160(1). P. F49—F59.Handbook of Fuel Cells — Fundamentals, Technology and Applications. Vielstich W., Lamm A., Gasteiger H. (Eds.). Vol. 1—4. Wiley, Chichester. UK. 2003.Handbook of Fuel Cells — Fundamentals, Technology and Applications. Vielstich W., Lamm A., Gasteiger H. (Eds.). Vol. 1—4. Wiley, Chichester. UK. 2003.Seo A., Lee J., Han K., Kim H. // Electrochim. Acta. 2006. Vol. 52. P. 1603 —1611.Seo A., Lee J., Han K., Kim H. // Electrochim. Acta. 2006. Vol. 52. P. 1603 —1611.Wakabayashi N., Takeichi M., Uchida H., Watanabe M. // J. Phys. Chem. B. 2005. Vol. 109(12). P. 5836—5841.Wakabayashi N., Takeichi M., Uchida H., Watanabe M. // J. Phys. Chem. B. 2005. Vol. 109(12). P. 5836—5841.Colon-Mercado H.R., Kim H., Popov B.N. // Electrochem. Commun. 2004. Vol. 6.9(8). P. 795—799.Colon-Mercado H.R., Kim H., Popov B.N. // Electrochem. Commun. 2004. Vol. 6.9(8). P. 795—799.Liu Z., Xin H., Yu Z. et al. // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159 (9). P. F554—F559.Liu Z., Xin H., Yu Z. et al. // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159 (9). P. F554—F559.Wang D., Xin H.L., Hovden R. et al. // Nature Materials. 2012. DOI: 0.1038/NMAT3458.Wang D., Xin H.L., Hovden R. et al. // Nature Materials. 2012. DOI: 0.1038/NMAT3458.Mathew P., Meyers, J.P. Srivastava R., Strasser P. // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159 (5). P. B554—B563.Mathew P., Meyers, J.P. Srivastava R., Strasser P. // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159 (5). P. B554—B563.Salgado J.R.C., Antolini E., Gonzalez E.R. // J. Phys. Chem. B. 2004. Vol. 108. P. 17767—17774.Salgado J.R.C., Antolini E., Gonzalez E.R. // J. Phys. Chem. B. 2004. Vol. 108. P. 17767—17774.Ahluwalia R.K., Wang X., Lajunen A., Steinbach A.J. et al. // J. Power Sources. 2012. Vol. 215. P. 77—88.Ahluwalia R.K., Wang X., Lajunen A., Steinbach A.J. et al. // J. Power Sources. 2012. Vol. 215. P. 77—88.Тарасевич М.Р., Богдановская В.А. // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 12. С. 24—56.Тарасевич М.Р., Богдановская В.А. // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 12. С. 24—56.Богдановская В.А., Тарасевич М.Р., Лозовая О.В. // Электрохимия. 2011. Т. 47. № 7. С. 902—917.Богдановская В.А., Тарасевич М.Р., Лозовая О.В. // Электрохимия. 2011. Т. 47. № 7. С. 902—917.Stamenkovic V., Schmidt T.J., Ross P.N., Markovic N.M. // J. Electroanal. Chem. 2003. Vol. 554—555. P. 191—198.Stamenkovic V., Schmidt T.J., Ross P.N., Markovic N.M. // J. Electroanal. Chem. 2003. Vol. 554—555. P. 191—198.Тарасевич М.Р., Богдановская В.А., Жутаева Г.В. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т. 49(2). С. 125—145.Тарасевич М.Р., Богдановская В.А., Жутаева Г.В. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т. 49(2). С. 125—145.Тарасевич М.Р., Хрущева Е.И., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод с кольцом. М.: Наука, 1987. С. 247.Тарасевич М.Р., Хрущева Е.И., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод с кольцом. М.: Наука, 1987. С. 247.Czerw R., Terrones M., Charlier J., Blasй X., Foley B., Kamalakaran R. et al. // Nano Lett. 2011. № 1. P. 457—460.Czerw R., Terrones M., Charlier J., Blasй X., Foley B., Kamalakaran R. et al. // Nano Lett. 2011. № 1. P. 457—460.Xingband Hu, Yuting W., Hoaran Li, Zhibing Zhang // J. Phys. Chem. C. 2010. Vol. 114. P. 9603—9607.Xingband Hu, Yuting W., Hoaran Li, Zhibing Zhang // J. Phys. Chem. C. 2010. Vol. 114. P. 9603—9607.Li X., Park S., Popov B.N. // J. Power Sources. 2010. Vol. 195. P. 445.Li X., Park S., Popov B.N. // J. Power Sources. 2010. Vol. 195. P. 445.Montoya A., Gil J.O., Mondragon F., Truong T.N. // Fuel Chemistry Division Preprints. 2002. Vol. 47 (2). P. 424.Montoya A., Gil J.O., Mondragon F., Truong T.N. // Fuel Chemistry Division Preprints. 2002. Vol. 47 (2). P. 424.Sugawara Y., Okayasu T., Yadav A.P., Nishikata A., Tsuru T. // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159(11). P. F779—F786.Sugawara Y., Okayasu T., Yadav A.P., Nishikata A., Tsuru T. // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159(11). P. F779—F786.Sasaki K., Shao M., Adzic R. Dissolution and Stabilization of Platinum in Oxygen Cathodes Polymer Electrolyte Fuel Cell Durability. F.N. Buchi et al. (eds). Springer Science + Business Media. LLC 2009.Sasaki K., Shao M., Adzic R. Dissolution and Stabilization of Platinum in Oxygen Cathodes Polymer Electrolyte Fuel Cell Durability. F.N. Buchi et al. (eds). Springer Science + Business Media. LLC 2009.Groom D.J., Rajasekhara S., Matyas S., Yang Z., Gummalla M., Ball S., Ferreira P.J. // ECS Transactions. 2011. Vol. 41(1). P. 933.Groom D.J., Rajasekhara S., Matyas S., Yang Z., Gummalla M., Ball S., Ferreira P.J. // ECS Transactions. 2011. Vol. 41(1). P. 933.Аваков В.Б., Алиев А.Д., Бекетаева Л.А. и др. // Электрохимия. 2014 (в печати). Jomori S., Nonoyama N., Yoshiba T. // J. Power Sources. 2012. Vol. 215. P. 18.Аваков В.Б., Алиев А.Д., Бекетаева Л.А. и др. // Электрохимия. 2014 (в печати). Jomori S., Nonoyama N., Yoshiba T. // J. Power Sources. 2012. Vol. 215. P. 18.Mayrhofer K.J.J., Strmcnik D., Blizanac B.B., Stamencovic V., Arenz M., Marcovic N.M. // Electrochim. Acta.Mayrhofer K.J.J., Strmcnik D., Blizanac B.B., Stamencovic V., Arenz M., Marcovic N.M. // Electrochim. Acta.Vol. 53. P. 3181.Vol. 53. P. 3181.Wu J., Yuan X., Martin J., Wang H., Zhang J. et al. // J. Power Sources. 2008. Vol. 184. P. 104.Wu J., Yuan X., Martin J., Wang H., Zhang J. et al. // J. Power Sources. 2008. Vol. 184. P. 104.Arisetty S., Wang X., Ahluwalia R.K. et al // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159(5). P. B455— B462.Arisetty S., Wang X., Ahluwalia R.K. et al // J. Electrochem. Soc. 2012. Vol. 159(5). P. B455— B462.Sethuraman V.A., Weidner J.W., Hang A.T., Motupally S., Protsailo V. // J. Electrochem. Soc. 2008. Vol. 155 (1). P. B50—B57.Sethuraman V.A., Weidner J.W., Hang A.T., Motupally S., Protsailo V. // J. Electrochem. Soc. 2008. Vol. 155 (1). P. B50—B57.Mittal V.O., Kunz H.R., Fenton J.M. // J. Electrochem. Soc. 2006. Vol. 153. P. A1755—A1759.Mittal V.O., Kunz H.R., Fenton J.M. // J. Electrochem. Soc. 2006. Vol. 153. P. A1755—A1759.Sugawara S., Ohma A., Tabuchi Y., Shinohara K., Shinohara Dr.K. Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 9. С. 89—105.Sugawara S., Ohma A., Tabuchi Y., Shinohara K., Shinohara Dr.K. Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 9. С. 89—105.Lehmani A., Turq P., Pйriй M., Pйriй J., Simonin J.-P. // J. Electroanal. Chem. 1997. Vol. 428. P. 81.Lehmani A., Turq P., Pйriй M., Pйriй J., Simonin J.-P. // J. Electroanal. Chem. 1997. Vol. 428. P. 81.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.