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.