RU2532430C1 - Method of mixing fine-grained particles of carbon-based electrocatalysts in vacuum - Google Patents
Method of mixing fine-grained particles of carbon-based electrocatalysts in vacuum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2532430C1 RU2532430C1 RU2013137879/04A RU2013137879A RU2532430C1 RU 2532430 C1 RU2532430 C1 RU 2532430C1 RU 2013137879/04 A RU2013137879/04 A RU 2013137879/04A RU 2013137879 A RU2013137879 A RU 2013137879A RU 2532430 C1 RU2532430 C1 RU 2532430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- carbon
- mixing
- vacuum
- porous substrate
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 44
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 18
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 16
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 7
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 5
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 5
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000003805 vibration mixing Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 208000035051 Malignant migrating focal seizures of infancy Diseases 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 208000012054 malignant migrating partial seizures of infancy Diseases 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PDNNQADNLPRFPG-UHFFFAOYSA-N N.[O] Chemical compound N.[O] PDNNQADNLPRFPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к способам перемешивания в вакууме мелкодисперсных частиц электрокатализаторов на углеродной основе, применяемых в электролизерах и топливных элементах с твердополимерным электролитом, и может быть использовано как при предварительной обработке мелкодисперсных углеродных носителей электрокатализаторов, так и при нанесении электрокатализаторов на частицы углеродной основы, а также при модификации поверхностных слоев электрокатализаторов.The invention relates to the field of electrochemistry, and in particular to methods of vacuum mixing of finely dispersed particles of carbon-based electrocatalysts used in electrolyzers and fuel cells with a solid polymer electrolyte, and can be used both in pretreatment of finely dispersed carbon carriers of electrocatalysts and when applying electrocatalysts to particles carbon base, as well as when modifying the surface layers of electrocatalysts.
Электрохимические катализаторы являются составной частью большого класса электрохимических устройств, включающего в себя электролизеры и топливные элементы с твердополимерным электролитом. Наличие высокоразвитой удельной поверхности углеродного носителя является необходимым условием получения электрокатализаторов, обладающих высокой активностью при низком содержании металла катализатора. В качестве носителей электрокатализаторов используются различные углеродные материалы, обладающие высокой дисперсностью, электропроводностью, термической и коррозионной устойчивостью, такие как различные виды сажи, мезоуглеродные микрошарики, фуллерены, углеродные нанотрубки, нановолокна и т.п. (Н.В. Кулешов, В.Н. Фатеев, М.А. Осина. «Нанотехнологии и наноматериалы в электрохимических системах.» М., МЭИ, 2010 г., с.9-11). В качестве самих электрокатализаторов используются различные металлы (в том числе металлы платиновой группы), а также многокомпонентные системы и электрокатализаторы с модифицированными поверхностными слоями. Дополнительная подготовка самого носителя позволяет контролировать количество и тип функциональных групп на поверхности углеродного носителя, являющихся центрами осаждения частиц катализатора, и до определенной степени регулировать структуру конечного катализатора (см., например, Н.В. Кулешов, В.Н. Фатеев, М.А. Осина. «Нанотехнологии и наноматериалы в электрохимических системах.» М., МЭИ, 2010 г., с.12).Electrochemical catalysts are an integral part of a large class of electrochemical devices, including electrolytic cells and solid polymer electrolyte fuel cells. The presence of a highly developed specific surface of the carbon carrier is a prerequisite for the production of electrocatalysts with high activity with a low content of catalyst metal. Various carbon materials having high dispersion, electrical conductivity, thermal and corrosion resistance, such as various types of soot, mesocarbon beads, fullerenes, carbon nanotubes, nanofibers, etc., are used as supports for electrocatalysts. (N.V. Kuleshov, V.N. Fateev, M.A. Osina. "Nanotechnology and nanomaterials in electrochemical systems." M., MPEI, 2010, pp. 9-11). As the electrocatalysts themselves, various metals are used (including platinum group metals), as well as multicomponent systems and electrocatalysts with modified surface layers. Additional preparation of the support itself allows you to control the number and type of functional groups on the surface of the carbon support, which are the centers of deposition of catalyst particles, and to some extent regulate the structure of the final catalyst (see, for example, N.V. Kuleshov, V.N. Fateev, M. A. Osina. “Nanotechnology and nanomaterials in electrochemical systems.” M., MPEI, 2010, p.12).
В настоящее время активно развиваются физические методы предварительной обработки углеродных носителей электрохимических катализаторов, а также физические методы получения и дальнейшей модификации самих электрокатализаторов на различных типах углеродных носителей (в том числе на мелкодисперсных углеродных порошках). При этом обработка углеродного носителя или осаждение частиц катализатора на углеродный носитель производятся в вакууме, а перемешивание мелкодисперсных частиц является неотъемлемой частью указанных технологий.Currently, physical methods for the pretreatment of carbon carriers of electrochemical catalysts are actively developing, as well as physical methods for the preparation and further modification of electrocatalysts themselves on various types of carbon carriers (including finely dispersed carbon powders). In this case, the processing of the carbon support or the deposition of catalyst particles on the carbon support is carried out in vacuum, and the mixing of fine particles is an integral part of these technologies.
Известны различные способы перемешивания в вакууме частиц электрокатализаторов на углеродной основе.Various methods are known for mixing in a vacuum particles of carbon-based electrocatalysts.
Известен способ предварительной физико-химической обработки гранулированных образцов углеродных материалов, при котором поверхность углеродных образцов обрабатывают холодной плазмой (Р. Favia, N. De Vietro, R. Di Mundo, F. Fracassi, R. d'Agostino, Tuning the acid/base surface character of carbonaceous materials by means of cold plasma treatments. Plasma Processes and Polymers 3 (2006) 66-74). Обработку производят в вакуумной камере при низком давлении в присутствии аммиачно-кислородной смеси. При осуществлении данного способа обрабатываемые гранулированные образцы помещают в горизонтально расположенный стеклянный стакан с внутренними лопатками и периодически механически перемешивают путем вращения стакана вокруг его оси. Недостатком указанного способа перемешивания является его малая эффективность для активации углеродных носителей электрохимических катализаторов, таких как сажа, нанотрубки или нановолокна, обладающих высокоразвитой поверхностью. Из-за сцепления и укрупнения частиц при их механическом перемешивании значительно уменьшается активная поверхность углеродного носителя, при этом часть поверхности углеродного носителя остается недоступной потоку обрабатывающей плазмы.A known method of pre-physico-chemical processing of granular samples of carbon materials, in which the surface of the carbon samples are treated with cold plasma (P. Favia, N. De Vietro, R. Di Mundo, F. Fracassi, R. d'Agostino, Tuning the acid / base surface character of carbonaceous materials by means of cold plasma treatments. Plasma Processes and Polymers 3 (2006) 66-74). The treatment is carried out in a vacuum chamber at low pressure in the presence of an ammonia-oxygen mixture. When implementing this method, the processed granular samples are placed in a horizontally arranged glass cup with inner blades and periodically mechanically mixed by rotating the cup around its axis. The disadvantage of this method of mixing is its low efficiency for the activation of carbon carriers of electrochemical catalysts, such as carbon black, nanotubes or nanofibers, having a highly developed surface. Due to the adhesion and coarsening of particles during their mechanical mixing, the active surface of the carbon carrier is significantly reduced, while part of the surface of the carbon carrier remains inaccessible to the flow of the processing plasma.
Известен способ перемешивания в вакууме мелкодисперсных частиц электрокатализаторов на углеродной основе, принятый за прототип, при котором перемешивание производят в вакуумной камере, снабженной держателем углеродного порошка, устройством для механического виброперемешивания порошка, а перемешивание осуществляют путем создания псевдокипящего слоя (см. патент РФ №2344902, опубл. 27.01.2009).A known method of mixing in vacuum fine particles of carbon-based electrocatalysts, adopted as a prototype, in which mixing is performed in a vacuum chamber equipped with a carbon powder holder, a device for mechanical vibration mixing of the powder, and mixing is carried out by creating a pseudo-boiling layer (see RF patent No. 2344902, published on January 27, 2009).
К недостаткам способа относится малая эффективность его применения для углеродных носителей электрохимических катализаторов, таких как сажа, нанотрубки или нановолокна, обладающих высокоразвитой поверхностью. Из-за сцепления и укрупнения частиц при их механическом виброперемешивании значительно уменьшается их активная поверхность. При этом часть поверхности мелкодисперсных частиц электрокатализаторов на углеродной основе остается недоступной для дальнейшей обработки (например, активации рабочей поверхности частиц углеродного носителя или осаждения атомов катализатора на углеродный носитель). Кроме того, осуществление данного способа требует использования дорогостоящего оборудования для обеспечения виброперемешивания в вакууме.The disadvantages of the method include the low efficiency of its use for carbon carriers of electrochemical catalysts, such as carbon black, nanotubes or nanofibers, with a highly developed surface. Due to the adhesion and coarsening of particles during their mechanical vibration mixing, their active surface is significantly reduced. At the same time, part of the surface of finely dispersed particles of carbon-based electrocatalysts remains inaccessible for further processing (for example, activation of the working surface of particles of a carbon carrier or deposition of catalyst atoms on a carbon carrier). In addition, the implementation of this method requires the use of expensive equipment to ensure vibration mixing in a vacuum.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение эффективности его применения для электрохимических катализаторов на углеродных носителях, таких как сажа, нанотрубки или нановолокна, обладающих высокоразвитой поверхностью, путем снижения слипания частиц и обеспечения их вращения в псевдокипящем слое, а также упрощение способа и снижение себестоимости путем исключения виброперемешивания.The technical result to which the invention is directed is to increase the efficiency of its use for carbon-supported electrochemical catalysts, such as carbon black, nanotubes or nanofibers, having a highly developed surface, by reducing the adhesion of particles and ensuring their rotation in the pseudo-boiling layer, as well as simplifying the method and reducing prime cost by eliminating vibration mixing.
Для достижения указанного технического результата предложен способ перемешивания в вакууме частиц электрокатализаторов на углеродной основе, заключающийся в том, что перемешивание производят в вакуумной рабочей камере, снабженной устройством подачи инертного газа и держателем порошка частиц электрокатализаторов, при этом перемешивание осуществляют путем создания псевдокипящего слоя, кроме того, для размещения порошка электрокатализатора используют установленную в держателе пористую подложку с открытой пористостью, выполненную из инертного материала, пневматически связанную с устройством автономной подачи газа, а через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора.To achieve the technical result, a method for mixing carbon-based electrocatalyst particles in a vacuum is proposed, which consists in mixing in a vacuum working chamber equipped with an inert gas supply device and an electrocatalyst particle powder holder, while mixing is carried out by creating a pseudo-boiling layer, in addition , to accommodate the electrocatalyst powder, a porous substrate with open porosity installed in the holder is used, and h of an inert material pneumatically connected to an autonomous gas supply device, and an inert gas is blown through a porous substrate to form an electro-catalyst particles pseudo-boiling layer over the substrate.
Дополнительно, пневматическую связь устройства для автономной подачи газа с пористой подложкой осуществляют с возможностью контролируемой вакуумной откачки соединительной магистрали, при этом одновременно с вакуумированием рабочей камеры производят вакуумирование соединительной магистрали, затем через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора.Additionally, the pneumatic connection of the device for autonomous gas supply with the porous substrate is carried out with the possibility of controlled vacuum pumping of the connecting line, while simultaneously evacuating the working chamber, the connecting line is evacuated, then an inert gas is blown through the porous substrate with the formation of a pseudo-boiling layer of electrocatalyst particles over the substrate.
Отличительной особенностью изобретения является то, что для размещения порошка электрокатализатора используют установленную в держателе пористую подложку с открытой пористостью, выполненную из инертного материала, пневматически связанную с устройством автономной подачи газа, а через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора. Кроме того, при этом пневматическую связь устройства для автономной подачи газа с пористой подложкой осуществляют с возможностью контролируемой вакуумной откачки соединительной магистрали, при этом одновременно с вакуумированием рабочей камеры производят вакуумирование соединительной магистрали, затем через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора.A distinctive feature of the invention is that a porous substrate with open porosity installed in a holder made of an inert material pneumatically connected to an autonomous gas supply device is installed to hold the electrocatalyst powder, and an inert gas is blown through the porous substrate to form a pseudo-boiling layer of electrocatalyst particles. In addition, the pneumatic connection of the device for autonomous gas supply with the porous substrate is carried out with the possibility of controlled vacuum pumping of the connecting line, while simultaneously evacuating the working chamber, the connecting line is evacuated, then an inert gas is blown through the porous substrate to form a pseudo-boiling layer of particles over the substrate electrocatalyst.
Использование в предложенном способе перемешивания в вакууме частиц электрокатализаторов на углеродной основе установленной в держателе пористой подложки с открытой пористостью, пневматически связанной с устройством автономной подачи газа, при плавном увеличении потока инертного газа, пропускаемого через поры подложки, приводит к возникновению псевдокипящего слоя в объеме расположенных на подложке частиц высокодисперсного углеродного носителя электрокатализаторов (или частиц высокодисперсного углеродного носителя с предварительно синтезированными на них частицами катализатора). При этом благодаря малым размерам и весу частиц высокодисперсного углеродного носителя (возможно с нанесенными на них частицами катализатора), а также разделению восходящих газовых потоков порами подложки происходит интенсивное перемешивание углеродных частиц с приданием им дополнительного крутящего момента. В результате этого практически все частицы углеродной основы (или частицы высокодисперсного углеродного носителя с предварительно синтезированными на них частицами катализатора) оказываются доступными для дальнейшей обработки необходимыми физическими методами. Таким образом, достигается повышение эффективности применения предложенного способа перемешивания для электрохимических катализаторов на углеродных носителях (таких как сажа, нанотрубки или нановолокна и тп.) путем снижения слипания частиц и обеспечения их вращения в псевдокипящем слое, а также достигается упрощение способа и снижение себестоимости путем исключения виброперемешивания.The use in the proposed method of mixing in vacuum particles of carbon-based electrocatalysts installed in the holder of a porous substrate with open porosity, pneumatically connected to an autonomous gas supply device, with a smooth increase in the flow of inert gas passing through the pores of the substrate, a pseudo-boiling layer appears in the volume of substrate of particles of a finely dispersed carbon support of electrocatalysts (or particles of a finely dispersed carbon support with no synthesized on them catalyst particles). At the same time, due to the small size and weight of the particles of the finely dispersed carbon carrier (possibly with catalyst particles deposited on them), as well as the separation of the ascending gas flows by the pores of the substrate, intensive mixing of the carbon particles occurs, giving them additional torque. As a result of this, practically all particles of the carbon base (or particles of a finely dispersed carbon carrier with catalyst particles previously synthesized on them) are available for further processing with the necessary physical methods. Thus, an increase in the efficiency of the application of the proposed mixing method for electrochemical catalysts on carbon carriers (such as carbon black, nanotubes or nanofibers, etc.) is achieved by reducing the adhesion of particles and ensuring their rotation in the pseudo-boiling layer, and also a simplification of the method and cost reduction by eliminating vibration mixing.
При большой мощности откачивающей системы рабочей вакуумной камеры возможен частичный унос мелкодисперсных частиц электрокатализатора при начале ее вакуумирования (за счет потока остаточных газов в устройстве для автономной подачи газа, пневматически связанного с пористой подложкой, на которую помещают порошок частиц электрокатализатора). Таким образом, может происходить потеря части порошка электрокатализатора еще до начала его перемешивания. Для исключения этого явления пневматическую связь устройства для автономной подачи газа с пористой подложкой осуществляют с возможностью контролируемой вакуумной откачки соединительной магистрали. При этом одновременно с вакуумированием рабочей камеры производят вакуумирование соединительной магистрали, затем через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора. Таким образом, повышается надежность и эффективность применения предложенного способа перемешивания частиц электрокатализаторов на углеродной основе и, дополнительно, расширяются его эксплуатационные возможности.With a high power of the pumping system of the working vacuum chamber, partial entrainment of finely dispersed particles of the electrocatalyst is possible at the beginning of its evacuation (due to the flow of residual gases in the device for autonomous gas supply pneumatically connected to a porous substrate on which the powder of electrocatalyst particles is placed). Thus, a loss of a portion of the electrocatalyst powder may occur even before it is mixed. To eliminate this phenomenon, the pneumatic connection of the device for autonomous gas supply with a porous substrate is carried out with the possibility of a controlled vacuum pumping of the connecting line. In this case, at the same time as the working chamber is evacuated, the connecting line is evacuated, then an inert gas is blown through the porous substrate with the formation of a pseudo-boiling layer of electrocatalyst particles over the substrate. Thus, the reliability and efficiency of the application of the proposed method for mixing particles of carbon-based electrocatalysts is increased and, in addition, its operational capabilities are expanded.
Способ осуществляется следующим образом. Порошок электрокатализатора на мелкодисперсном углеродном носителе (или сам носитель, в зависимости от стоящей задачи) перемешивают в рабочей вакуумной камере, предназначенной для его физической обработки (например, в вакуумной камере, снабженной источником облучения или устройством для магнетронного напыления материалов). При этом вакуумную камеру предварительно снабжают держателем обрабатываемого мелкодисперсного порошка с установленной в нем подложкой, выполненной из пористого инертного материала с открытой пористостью (например, из пористого титана, полученного методом порошковой металлургии), а также устройством подачи инертного газа, пневматически связанным с пористой подложкой. На пористой подложке послойно размещают порошок обрабатываемого электрокатализатора на углеродном носителе или порошок самого носителя. Дополнительно, для исключения рассыпания обрабатываемого порошка держатель может быть снабжен выступающим буртиком. Производят откачку вакуумной камеры до значений вакуума, определяемых характеристиками заданного процесса воздействия на порошок частиц электрокатализатора. Затем производят перемешивание порошка. Для этого через пористую подложку пропускают инертный газ, плавно увеличивая подачу газа, до образования устойчивого псевдокипения слоя частиц порошка. Момент возникновения псевдокипящего слоя можно наблюдать визуально через смотровое окно вакуумной камеры. В случае превышения допустимого давления в вакуумной камере производят необходимую дополнительную откачку газа (при помощи штатных средств, обеспечивающих вакуумирование рабочей камеры). После чего производят требуемую обработку частиц порошка.The method is as follows. The electrocatalyst powder on a finely dispersed carbon carrier (or the carrier itself, depending on the task) is mixed in a working vacuum chamber designed for its physical processing (for example, in a vacuum chamber equipped with an irradiation source or a device for magnetron sputtering of materials). In this case, the vacuum chamber is pre-equipped with a holder of the processed fine powder with a substrate installed in it, made of porous inert material with open porosity (for example, of porous titanium obtained by powder metallurgy), as well as an inert gas supply device pneumatically connected to the porous substrate. Powder of the treated electrocatalyst on a carbon support or the powder of the support itself is layered on a porous substrate in layers. Additionally, to prevent spillage of the processed powder, the holder may be provided with a protruding shoulder. The vacuum chamber is pumped out to vacuum values determined by the characteristics of a given process of exposure to powder of electrocatalyst particles. Then the powder is mixed. For this, an inert gas is passed through the porous substrate, gradually increasing the gas supply, until a stable pseudo-boiling layer of powder particles is formed. The moment of occurrence of the pseudo-boiling layer can be observed visually through the inspection window of the vacuum chamber. In case of exceeding the permissible pressure in the vacuum chamber, the necessary additional pumping of gas is performed (using standard means providing vacuum of the working chamber). Then produce the required treatment of the powder particles.
Дополнительно, используют пневматическую связь устройства для автономной подачи газа с пористой подложкой, выполненную с возможностью контролируемой вакуумной откачки соединительной магистрали. Для обеспечения контролируемой вакуумной откачки можно использовать, например, дистанционно регулируемый клапан, установленный на соединительной магистрали. При этом одновременно с вакуумированием рабочей камеры производят вакуумирование соединительной магистрали. Затем через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора. Таким образом, повышается надежность и эффективность применения предложенного способа перемешивания частиц электрокатализаторов на углеродной основе, и расширяются его эксплуатационные возможности (за счет исключения возможности потери части перемешиваемого порошка).Additionally, use is made of the pneumatic connection of the device for autonomous gas supply with a porous substrate, made with the possibility of controlled vacuum pumping of the connecting line. To ensure a controlled vacuum pumping, you can use, for example, a remotely controlled valve mounted on the connecting line. In this case, simultaneously with the evacuation of the working chamber, the connecting line is evacuated. An inert gas is then blown through the porous substrate to form a pseudo-boiling layer of electrocatalyst particles over the substrate. Thus, the reliability and efficiency of the application of the proposed method for mixing particles of carbon-based electrocatalysts is increased, and its operational capabilities are expanded (by eliminating the possibility of losing part of the mixed powder).
Предложенный способ перемешивания в вакууме частиц электрокатализаторов на углеродной основе был опробован при проведении предварительной обработки углеродной сажи марки Vulcan XC-72, широко используемой в качестве углеродного носителя платинового катализатора, а также при модификации платиной палладиевого электрокатализатора на мелкодисперсной углеродной основе. При этом в качестве пористой подложки использовалась пластинка из пористого титана диаметром 70 мм, толщиной 0,9 мм, с пористостью 28% и средними размерами пор ~10 мкм, изготовленная из порошкообразного титана. Дополнительно, для исключения рассыпания сажи подложка из пористого титана была снабжена защитным бортиком. Толщина слоя мелкодисперсных частиц составляла ~2 мм. Для образования псевдокипящего слоя мелкодисперсных частиц через пористую подложку продувался аргон. При этом после вакуумирования рабочей камеры плавно увеличивали подачу аргона через пористую подложку. Момент образования псевдокипящего слоя мелкодисперсных частиц наблюдался визуально через смотровое стекло вакуумной камеры. Также, дополнительно, одновременно с вакуумированием рабочей камеры производилось вакуумирование соединительной магистрали между пористой подложкой и устройством для автономной подачи газа. Затем через пористую подложку продувался инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора. Это позволило избежать необоснованных потерь мелкодисперсного порошка и повысить, таким образом, надежность и эффективность применения предложенного способа.The proposed method for vacuum-mixing particles of carbon-based electrocatalysts was tested during pretreatment of carbon black of the Vulcan XC-72 brand, which is widely used as a carbon carrier of a platinum catalyst, as well as when platinum is modified with a finely dispersed carbon base. In this case, a porous titanium plate with a diameter of 70 mm, a thickness of 0.9 mm, with a porosity of 28% and an average pore size of ~ 10 μm, made of powdered titanium, was used. Additionally, in order to prevent soot scattering, the porous titanium substrate was equipped with a protective rim. The thickness of the fine particle layer was ~ 2 mm. To form a pseudo-boiling layer of fine particles, argon was blown through a porous substrate. In this case, after evacuation of the working chamber, the flow of argon through the porous substrate was gradually increased. The moment of formation of a pseudo-boiling layer of fine particles was observed visually through the sight glass of the vacuum chamber. Also, in addition, simultaneously with the evacuation of the working chamber, the connecting line was evacuated between the porous substrate and the device for autonomous gas supply. Then, an inert gas was blown through the porous substrate to form a pseudo-boiling layer of electrocatalyst particles over the substrate. This helped to avoid unreasonable losses of fine powder and, thus, increase the reliability and efficiency of the proposed method.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137879/04A RU2532430C1 (en) | 2013-08-14 | 2013-08-14 | Method of mixing fine-grained particles of carbon-based electrocatalysts in vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137879/04A RU2532430C1 (en) | 2013-08-14 | 2013-08-14 | Method of mixing fine-grained particles of carbon-based electrocatalysts in vacuum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2532430C1 true RU2532430C1 (en) | 2014-11-10 |
Family
ID=53382354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013137879/04A RU2532430C1 (en) | 2013-08-14 | 2013-08-14 | Method of mixing fine-grained particles of carbon-based electrocatalysts in vacuum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2532430C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19821968A1 (en) * | 1998-05-18 | 1999-11-25 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Production of transition metal colloid for use e.g. as coating, catalyst, fuel cell component and in ink jet printing, laser etching, information storage and cell labeling and cell separation |
| WO2001070392A1 (en) * | 2000-03-22 | 2001-09-27 | Superior Micropowders Llc | Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same |
| RU2344902C1 (en) * | 2007-03-29 | 2009-01-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Device used for applying coatings to powders |
-
2013
- 2013-08-14 RU RU2013137879/04A patent/RU2532430C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19821968A1 (en) * | 1998-05-18 | 1999-11-25 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Production of transition metal colloid for use e.g. as coating, catalyst, fuel cell component and in ink jet printing, laser etching, information storage and cell labeling and cell separation |
| WO2001070392A1 (en) * | 2000-03-22 | 2001-09-27 | Superior Micropowders Llc | Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same |
| RU2344902C1 (en) * | 2007-03-29 | 2009-01-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Device used for applying coatings to powders |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | Direct magnetic reinforcement of electrocatalytic ORR/OER with electromagnetic induction of magnetic catalysts | |
| Guo et al. | Nitrogen‐doped porous carbon supported nonprecious metal single‐atom electrocatalysts: from synthesis to application | |
| Xu et al. | Nanoengineered ultralight and robust all-metal cathode for high-capacity, stable lithium–oxygen batteries | |
| Zhang et al. | Microbial-phosphorus-enabled synthesis of phosphide nanocomposites for efficient electrocatalysts | |
| Cui et al. | Facile preparation of antifouling gC 3 N 4/Ag 3 PO 4 nanocomposite photocatalytic polyvinylidene fluoride membranes for effective removal of rhodamine B | |
| Xing et al. | Ball milling: a green mechanochemical approach for synthesis of nitrogen doped carbon nanoparticles | |
| Chen et al. | 3D graphene aerogels-supported Ag and Ag@ Ag3PO4 heterostructure for the efficient adsorption-photocatalysis capture of different dye pollutants in water | |
| Su et al. | Plasma-induced synthesis of Pt nanoparticles supported on TiO2 nanotubes for enhanced methanol electro-oxidation | |
| Zhang et al. | Molybdenum Carbide‐PtCu Nanoalloy Heterostructures on MOF‐Derived Carbon toward Efficient Hydrogen Evolution | |
| Maiti et al. | Highly active and durable core–shell fct-PdFe@ Pd nanoparticles encapsulated NG as an efficient catalyst for oxygen reduction reaction | |
| Wang et al. | Hybrid implanted hybrid hollow nanocube electrocatalyst facilitates efficient hydrogen evolution activity | |
| RU2603772C2 (en) | Breathable electrode and method for use in water splitting | |
| Wei et al. | Titanium carbide nanoparticle‐decorated electrode enables significant enhancement in performance of all‐vanadium redox flow batteries | |
| CN106868535B (en) | Electrochemically reducing carbon dioxide produces the gas-diffusion electrode preparation method of hydrocarbon | |
| EP3213815B1 (en) | Metal composite carbon material, fuel cell catalyst, fuel cell, hydrogen-occluding material, hydrogen tank, and production method for metal composite carbon material | |
| He et al. | Construction of Schottky-type Ag-loaded fiber-like carbon nitride photocatalysts for tetracycline elimination and hydrogen evolution | |
| Si et al. | Light-controlled synthesis of uniform platinum nanodendrites with markedly enhanced electrocatalytic activity | |
| Li et al. | Facile fabrication of palladium-ionic liquids-nitrogen-doped graphene nanocomposites as enhanced electro-catalyst for ethanol oxidation | |
| JP6177132B2 (en) | Porous material containing carbon nanohorn and use thereof | |
| Marzorati et al. | Template-free ultraspray pyrolysis synthesis of N/Fe-doped carbon microspheres for oxygen reduction electrocatalysis | |
| EP2019445A3 (en) | Electrode for fuel cell, electrolyte-dispersed solution for forming electrode, method of producing the solution, and polymer electrolyte fuel cell | |
| Grigoriev et al. | Synthesis of nanostructural electrocatalytic materials on various carbon substrates by ion plasma sputtering of platinum metals | |
| Rahsepar et al. | Preparation of highly active 40 wt.% Pt on multiwalled carbon nanotube by improved impregnation method for fuel cell applications | |
| CN106890676A (en) | A kind of porous electro-catalysis membrane and its preparation and application | |
| RU2532430C1 (en) | Method of mixing fine-grained particles of carbon-based electrocatalysts in vacuum |