Indexing metadata

Механизм деградации катализатора катода полимерного топливного элемента: исследование и моделирование

Dublin Core PKP Metadata Items Metadata for this Document
1. Title Title of document Механизм деградации катализатора катода полимерного топливного элемента: исследование и моделирование
2. Creator Author's name, affiliation, country Э. М. Кольцова; Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева; Russian Federation
2. Creator Author's name, affiliation, country В. А. Василенко; Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева; Russian Federation
2. Creator Author's name, affiliation, country А. В. Женса; Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева; Russian Federation
2. Creator Author's name, affiliation, country В. А. Богдановская; Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН; Russian Federation
2. Creator Author's name, affiliation, country М. В. Радина; Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН; Russian Federation
3. Subject Discipline(s)
3. Subject Keyword(s) математическое моделирование; топливный элемент; мембранно-электродный блок; активный слой катода; деградация катализатора
4. Description Abstract

Представлена математическая модель деградации активной поверхности платинового катализатора в составе водородно-воздушного (кислородного) топливного элемента с протонпроводящим полимерным электролитом. Математическая модель представляет собой систему интегро-дифференциальных уравнений, решаемых методом конечных разностей. Модель учитывает явления: электрохимическое растворение наночастиц платины, рост частиц (за счет осаждения и миграции, созревания по Оствальду, коалесценции наночастиц платины на поверхности углеродного носителя), диффузию ионов платины в иономере и их внедрение в мембрану. Расчеты проводили для платиновых катализаторов двух типов: коммерческой моноплатиновой системы, синтезированной на саже, и каталитической системы, синтезированной на углеродных нанотрубках. В результате моделирования получены данные по распределению частиц платины по размерам и значения площади электрохимически активной поверхности в зависимости от времени ускоренного стресс-тестирования. Выявлен преобладающий механизм деградации катализатора – коалесценция наночастиц платины. Модель позволяет прогнозировать срок службы топливного элемента.
5. Publisher Organizing agency, location The Russian Academy of Sciences
6. Contributor Sponsor(s) The work was carried out within the framework of the development program of the D.I. Mendeleyev Russian Chemical Technology University “Priority-2030”.
7. Date (DD-MM-YYYY) 15.12.2024
8. Type Status & genre Peer-reviewed Article
8. Type Type Research Article
9. Format File format
10. Identifier Uniform Resource Identifier https://journals.eco-vector.com/0040-3571/article/view/681278
10. Identifier Digital Object Identifier (DOI) 10.31857/S0040357124060035
10. Identifier eLIBRARY Document Number (EDN) VJENHS
11. Source Title; vol., no. (year) Teoretičeskie osnovy himičeskoj tehnologii; Vol 58, No 6 (2024)
12. Language English=en ru
13. Relation Supp. Files Fig. 1. Comparison of the active surface values ​​of the cathode catalyst 20Pt/CNT+15% ХС72 (0.50 mgPt/cm2), obtained using the regression model and the developed degradation model: 1 – using the regression model; 2 – using the dependence (33). Points – experiment, lines – calculation. (2KB)
Fig. 2. Particle size distribution after simulating 2000 cycles at different cathode potential values ​​(only the mechanism of electrochemical dissolution of platinum): 1 – 1.2 V; 2 – 1.25 V; 3 – 1.27 V; 4 – 1.28 V; 5 – 1.3 V. (23KB)
Fig. 3. Change in the average size of a platinum particle during cycling for different values ​​of the cathode potential: 1 – 1.2 V; 2 – 1.25 V; 3 – 1.27 V; 4 – 1.28 V; 5 – 1.3 V. (19KB)
Fig. 4. Change in the proportion of the active surface of the catalyst as a result of modeling at different values ​​of the coalescence constant: 1 – 1 × 10–17; 2 – 1 × 10–18; 3 – 1 × 10–19. (20KB)
Fig. 5. The effect of diffusion of platinum crystallites on the distribution of particles by size and x-coordinate: a – after modeling 20 cycles; b – after modeling 100 cycles. (19KB)
Fig. 6. Particle size distribution of the cathode catalyst 20Pt/CNT+15% ХС72 (0.50 mgPt/cm2) at different numbers of cycles. Curves: 1 – 0 cycles; 2 – 100 cycles; 3 – 500 cycles; 4 – 1000 cycles; 5 – 2000 cycles. (14KB)
Fig. 7. Change in the average particle size of platinum of the cathode catalyst 20Pt/CNT+15% ХС72 (0.50 mgPt/cm2) during potential cycling. (1KB)
14. Coverage Geo-spatial location, chronological period, research sample (gender, age, etc.)
15. Rights Copyright and permissions Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences