ТОИОТА Централна истраживања Лабораторија: Солвент Цомпоситион озбиљно утиче на агрегатну структуру у цаталистну суспензију

Састав растварача Цаталист Цатлистлист значајно утиче на попречну структуру слоја катализатора и њеном ефикасношћу производње. Структура пора на катализаторским слојем утиче много фактора, као што су материјална својства и параметри процеса. Однос адсорпције иономер је главни фактор који доминира у укупној структури у суспензији. Овај чланак дели истраживање Тоиоти Централно истраживање лабораторија о утицају састава растварача на реолошка својства, стопи иономер адсорпције и структурне карактеристике агрегата у суспензију катализатора.

01

Техничка позадина

Катализаторски слојАутомобилске горивне ћелијеСастоји се од честица катализатора и јономера који подржавају угљеник који преносе протоне. Електрична конверзија Ефикасност горивне ћелије дубоко је погођена порозна структура катализатора. У порозној електроди, електрони се спроводе у ПТ / Ц катализаторију, протони се спроводе у јономеру, а молекули кисеоника дифузују и продиру у поре и јономере. Три супстанце стварају воду путем орр реакције на површини ПТ катализатора. Да би се максимизирала ефикасност конверзије енергије горивне ћелије, потребно је регулисати положај и структуру честица ПТ / Ц и јономера да оптимизирају трофазни интерфејс.

У великој продукцији, због високе ефикасности производње, слој катализатора се обично прекрива процесом прореза. Метода прорезног премаза је метода прецизног премаза. Слурри превлака се притиска са уређаја за складиштење до млазнице кроз доводни цевовод, а суспензија је прскана од млазнице за пренос на обложени подлогу. У методи за превлачење прекривача, суспензија катализатора састављена од ПТ / Ц честица, иономера и растварача са воденим алкохолом, а од складишта се достиже до млазнице кроз доводни навод, а суспензија је прскана од млазнице за пренос подлоге. Након сушења суспензије Цаталист, порозни слој катализатора преноси се у мембрану протонске размене врућим пресовањем (као што је начин преноса за катодски катализаторски слој Тоиотове дане генерације Мираи ћелија горива). Структура катализаторског слоја припремљеног по горе наведеном процесу утиче много фактора, укључујући материјална својства, као што је тип и дисперзијска стања угљеника угљеника, платинасти и јономер; Процесни параметри у поступку припреме за препарат цаталисте, као што су састав растварача, И / Ц однос, температура и дисперзијска метода. Међу њима, састав растварача значајно утиче на перформансе катализаторског слоја.

Постојеће студије су откриле постојање крутих агрегата у слоју катализатора, са распоном величине 100-300 НМ, углавном сачињених од честица катализатора ПТ / Ц величине 20-40 Нм. У зависности од садржаја и састава Иономера, ови агрегати даљње агломерат ће у величини агрегата од 1-10 μм. Да би боље разумели ефекат састава растварача на перформансе, потребно је разјаснити како растварачка композиција утиче на структуру агрегата ПТ / Ц честица (агрегати чине главни оквир катализаторског слоја) у цаталистну суспензију. Овај чланак уводи проучавање ефекта састава растварача на структурне карактеристике агрегата у цаталистну суспензију које је спровела ТОИОТА Централна истраживачка лабораторија.

02

Припрема истраживања

Композиција растварача која се користи у студији је етанол, 1-пропанол и дијацетонски алкохол. Поларитет растварача може се контролисати преко великог опсега кроз три композиције растварача, а поларитет растварача карактерише ХАНСЕН растворљивост. Како се поларности повећава, поларни растварач одбија главни ланац воденог превоза у јономеру, што је резултирало адсорпцијом иономера на површини угљеника, а историо о односу адсорпције иономера γ (однос Иономера адсорпције на пт / ц катализатор на пт / ц катализатор на пт / ц катализатор на пт / ц катализатор тоталног иономера) повећава се.

03

Анализа резултата

Следећа слика 1 приказује кривуље вискозности протока сталног стања η Цаталист ЦатАлист стопе, модул складиштења и модула за губитак са сојама и свим тачкама података су у боји кодирани на основу адсорпције у кодирању адсорпције. Студије су показале да се у скоро свим клери за клевету примети у скоро све клевету, што указује да су агрегати формирани у цаталистну суспензију уништени. Као што је приказано на слици 3 испод, као што је коефицијент адсорпције иономер повећава од 0 до 20%, све карактеристичне вредности смањују се, што указује на то када се коефицијент адсорпције иномера γ повећати на 20%, агрегати ПТ / Ц постепено се сломљени.

Слика 1 (а) Вискозност у односу на стопу смицања, (б) Складишни модул у односу на сој, (ц) губитак модула у односу на сој. Боја података о подацима указује на коефицијент за адсорпцију иономер γ (погледајте траку у боји на дну слике)

Фрактална димензија је мерило неправилности сложених облика, који се углавном крећу од 0 до 3, са 0 представљајући расипане честице, 1 који представљају агрегате попут шипки, 2 који представљају равне или разгранене мреже и 3 која представљају густе агрегате. Резултати показују да се као коефицијент адсорпције иономера γ повећава, агломерати одвојени на мање агрегате, а неразмерни агрегати одржавају своју структуру. Пречник агрегата је око 200 нм. На првој вискоеластичној тачки прелаза у односу на адсорпцију иономер Γ ~ 0%, фрактална димензија Д2 пада нагло са 2 на 1. На другој тачки транзиције γ ~ 15%, д2 постепено се мења од 1 до 0,5. Доследност прекретнице фракталне димензије и реолошка својства указује да се промена реолошких својстава приписује промени у укупној структури.

На основу реолошких својстава и примећених структурних карактеристика посматраних горе, Тоиота Централно истраживачки институт је предложио механизам распадања агрегата у суспензију катализатора. За практичност, две структурне прелазе на Γ ~ 0% и ~ 15ВТ% називају се Т1 и Т2, респективно. Када је однос адсорпције ИОНОМЕР Γ нижи од прве прелазне тачке Γ ~ 0%, фрактална димензија Д2 је близу 2, што указује на формирање колоидне мрежне структуре гела. У овом стању, због адсорпције мале количине иономера на агрегата ПТ / Ц, електростатичка одбојност између честица је мала, тако да је формирана здружна мрежна структура. Због постојања колоидне мрежне структуре гела, вискозност и равнотежни модул за складиштење су високи.

На структуралној тачки транзиције Т1, фрактална димензија Д2 опада нагло са 2 на 1, смањење једног реда величине. Оштрана промена у Д2 вредности указује да се мрежна структура разграђује у мање фрагменте налик шипку. Ово стање је представљено овде као државна ии. Након оштрог прелазног тачака Т1, Д2 вредност постепено се смањује, што указује да дужина штапа постепено скраћује пораст иономер γ. Тоиота Централна истраживачка лабораторија спекулише да се ова дужина одређује равнотежом између електростатичког одбијања адсорбованог иономера и хидрофобне (или дисипативне атракције) снаге.

Уз даљње повећање односа адсорпције иономер-а γ, Д2 вредност постепено се смањује од 1 до 0,5 или мање. То значи да се фрагменти распадају да формирају изоловане агрегате кроз појачану електростатичку одбојну интеракцију коју је проузроковало даљњи иономер адсорпција. Ова високо распршена држава је дефинисана као државна ИИИ. У овој фази не постоји мрежна структура. Стога се суспензија катализатора понаша као невтонаста течност.

Да би се утврдило које посебне својства растварача узрокују промјене, Тоиота Централна истраживачка лабораторија проучавала је корелацију између карактеристика силоса и карактеристика растварача. Може се видети да се однос адсорпције иономера γ повећава са повећањем фракције тежине воде. Нагађа се да је то зато што хидрофилни растварач одбија хидрофобну коорину угљеника у јономеру и адсорбс на хидрофобну површину угљеника. Ово такође разумно објашњава мали ефекат оптерећења платине на адсорпцију иономер. Ефекат растварача на структуру суспензије катализатора може се ефикасно карактерисати параметар ХАНСЕН растворљивости ХСП-Δп.

Због горе наведеног механизма, повећање ХСП-ΔП доводи до повећања односа адсорпције иономера γ. Као резултат тога, агрегати се колапше одбојним интеракцијама, што резултира смањењем фракталне димензије Д2 агрегата. На крају, вискозност се смањује са повећањем ХСП-Δп. Значајно је да је посматрана корелација са ХСП-ΔП-ом приближно заступљена једним линијом без обзира на врсту алкохола који је присутан у растварачу, што указује да је ХСП-Δп карактеристичан параметар који ефикасно контролише укупну структуру и вискоелектрану суспендија.

04

Резиме

У овој студији, Тоиота је истраживала ефекте растварача на висцоеластичност, иономер адсорпциони стопи и структурне карактеристике агрегата у катализаторским праксама променом састава растварача и предложили су следећи механизам за формирање агрегата у катализаторским средствима.

У поларним растварачима као што је вода, растварач одбија хидрофобни картон угљеник-флуоринска бацака у јономеру, што је резултирало адсорпцијом многих јономери на честице катализатора на хидрофобној површини угљеника. У овом случају, групе сулфонске киселине у адсорбованим иономерима производе електростатичке одбојне интеракције, што је резултирало формирањем добро распршених, чврстих и одвојених агрегата ПТ / Ц катализатора величине око 200 нМ. Чак и ако се равноправно рашире, ови агрегати не могу се даље механички поделити на мање честице. Како се поларитет смањује са повећањем садржаја алкохола, иономера ДеСорб са површине агрегата, што је резултирало формирањем релативно кратких агрегата шипки са масовном фракталном димензијом који се приближава 1. Како се поларитет и настављају да се повећавају еластична гел мреже, формирајући се иноидни гел мрежну мрежу која се повећава, како се повећава иноидна гел мреже која се повећава, како се повећава, и вискозност и еластичност се приближава, како се еластична гел ствара да се поларисти и еластичност повећава, ионоидни гел мрежу који се приближава иноидној мрежи која се приближава иноидној мрежи која се развија ироидна гел-мрежа да се појављује еластична мрежна гел. Све ове прелазе може да карактерише ХАНСЕН растворљивост ХСП-Δп, што представља поларитет растварача. Горе наведене студије показују да се збирна структура и вискозитет катализаторских шљокица за мембране протонске мембране монтаже монтирати контролом растварача поларитета коју карактерише ХСП-Δп.