Островерх А. С. Науково-технологічні засади створення шаруватих композитів для паливної та електролізної комірок з полімерним електролітом та зниженим вмістом благородних металів

Дисертаційна робота присвячена розробленню науково-технологічних засад створення матеріалів водневої енергетики та визначеню технологічних аспектів структурної оптимізації електродів паливної та електролізної комірок із зниженим вмістом благородних металів. Для досягнення поставленої мети були виконані відповідні дослідження і структурна оптимізація паливно-комірчаної та електролізної систем. Вперше систематизовано та оптимізовано використання платинових матеріалів з високою каталітичною активністю для водневої протон-провідної паливної комірки з густиною потужності до 1,1 Втсм-2. Вміст платини становить 1 – 50 мкгсм-2 замість зазвичай 400 – 2 000 мкгсм-2. Встановлено, що стабільність та ефективність використання платини як каталізатора забезпечується за допомогою структури СeOy та CNx. Вперше, за результатами структурних досліджень катоду паливної комірки розроблено високоефективний поруватий матеріал високої каталітичної активності на основі Pt та С, в якому характерним є низький вміст платини. Цей композит має вищий потенціал до корозії (до 2,5 В) у порівнянні з відомими та найвищий коефіцієнт масової активності 1967 мA·мгPt-1, що підтверджено за реальних умов паливної комірки та довготривалих тестів. Оптимізовано метод утворення каталітичного шару електродів паливної комірки для промислового нанесення. За мас-спектрометричними дослідженнями корозії аноду та катоду електродів паливної комірки, визначено стійкість матеріалу Pt-CNx до потенціалу комірки 1,7 В. Вперше також визначено, що аморфний вуглець у структурі анодного електроду паливної комірки є схильним до корозії навіть у робочому діапазоні напруг паливної комірки 0,5 – 1,0 В. Вперше розроблено структуру каталітичного шару з низьким вмістом Ir для високоефективного протон-провідного електролізера за допомогою додаткового шару з TiC. Визначено неефективність використання каталізатора у примембранній області, що може бути використано при розробленні каталітичного шару анода для зменшення коштовного іридію в технологіях створення електролізерів протон-провідного типу. Ключові слова: поруватий матеріал, структура електродів паливної комірки, каталітично-активні матеріали, мікропоруватий шар, каталітичний шар, реакції окиснення та відновлення, мас-спектрометрія, магнетронне напилення, паливна комірка, реверсна паливна комірка, електролізер.