КАТАЛИЗАТОРЫ ЭХГ
3.4.1. Состояние вопроса
Прогресс ЭХГ в значительной степени зависит от решения ряда задач разработки и совершенствования катализаторов. Наиболее важными из них являются:
1)повышение стабильности платиновых катализаторов в Н2—02 ТЭ и снижение их содержания до уровня менее 10_3 г/см2;
2)разработка эффективных катализаторов для Н2—02 ТЭ на основе недефицитных материалов для щелочного и особенно кислого электролита;
3)существенное повышение активности катализаторов кислородного электрода, без чего невозможна реализация главного преимущества ТЭ — теоретически возможного высокого КПД;
4)разработка эффективных катализаторов для непосредственного электроокисления углеводородов.
9—93
По прогнозам ведущих специалистов первые две задачи будут успешно решены до 1990 г., решение же двух других потребует значительно большего времени и усилий.
В области теории электрокатализа главной проблемой является, по-видимому, разработка критериев для более целенаправленного поиска электрохимически активных и стабильных соединений, если учесть многообразие неорганических и особенно органических соединений.
Сравнительно скромные успехи двух прошедших десятилетий по сравнению с оптимистическими прогнозами 50-х годов, безусловно, связаны с недостатками существующих теоретических представлений в плане прогнозирования электрокаталитической активности и подбора катализаторов.
Наиболее продвинулись следующие разработки:
1. Катализаторы на основе металлов платиновой группы для щелочного и кислого электролита. Для водородного электрода используются платиновая и платино — палладиевая черни для щелочного электролита, и платиновая чернь со стабилизирующими добавками — для кислого. Для кислородного электрода наиболее стабилен, по последним данным, катализатор на основе золота и платины, хотя длительную стабильность обеспечивает платиновая чернь. Для кислого электролита в режиме выделения кислорода перспективны катализаторы из Pt-Ir и Ru02.
2. Из недефицитных катализаторов для водородного электрода в щелочном электролите хорошо зарекомендовал себя никель Ренея, в кислом электролите достаточно активным и стабильным является пока лишь карбид вольфрама.
3. Для кислородного и воздушного электродов вме-_ сто платины могут быть использованы серебряные катализаторы, которые при соблюдении определенных режимов обеспечивают высокий ресурс.
4. Серьезные успехи достигнуты в разработке и прак-‘ тическом применении в ТЭ высокодисперсных углеродистых катализаторов, активированных добавками платины для кислого и щелочного электролитов и окислами металлов —для щелочного.
Платиновые черни показали длительную работоспособность в элементах «Дженерал электрик» с кислым полимерным электролитом (20—80°С, 8000 ч), в ТЭ 130
«Энгельгард» с матричным фосфорнокислым электролитом (125°С, примерно 3000 ч), в элементах «Аллис-Чал — мерс» и «Пратт энд Уитни» с асбестовым электроносителем (примерно 10000 ч).
Платина на угле (10—20 г/м2) использовалась в ТЭ «Юнион карбайд» с матричным фосфорнокислым электролитом (примерно 2000 ч) в ТЭ «Энерджи ресёрч корп.» и других фирм.
Данные о длительно работающих ТЭ с вольфрамовым катализатором на аноде и активированным углем на катоде опубликованы «АЭГ-телефункен» (ФРГ) (примерно 30 000 ч). Наиболее впечатляющие результаты по ТЭ с никелем Ренея и серебряным катализаторами получены фирмой «Сименс» (ФРГ).
За прошедший период было обследовано значительное число неорганических и органических соединений из числа металлоподобных соединений, фаз внедрения, окислов сложного состава и органических комплексов металлов. Не подтвердились прогнозы, основанные на изучении грубодисперсных соединений типа «вольфрамовых бронз». Довольно активными оказались некоторые окнсные соединения со структурой шпинели, например ГДСогСД. Однако их стабильность пока явно недостаточна. Среди органических катализаторов особое внимание привлекают фталоцнанины металлов и металлопорфири — ны. Прилагаются большие усилия для повышения их коррозионной стойкости.
Большинство из перспективных соединений вышеуказанного типа имеет сравнительно высокое электрическое сопротивление, и их применение возможно лишь с использованием электропроводящих носителей, в качестве которых рекомендуются различные сажи, высокодисперсные угли и другие углеродные материалы.