Feltro in fibra di titanio ad alta porosità platinato termicamente

Lo strato di trasferimento poroso in titanio ultrasottile (a base di grado 2) è uno dei prodotti più sottili presenti sul mercato che può essere utilizzato come mezzo di diffusione anodico negli elettrolizzatori PEM standard.  Gli elettrodi metallici o a base di titanio sono utilizzati principalmente negli elettrolizzatori PEM standard come materiale per il campo di flusso o di diffusione, in particolare sul lato dell’ossigeno (anodo), ed è essenziale che tali prodotti garantiscano un migliore trasporto di massa e un ingombro ridotto. Questo strato di trasferimento poroso soddisfa tali requisiti. 

Poiché l’hardware degli elettrolizzatori non può utilizzare strati di diffusione del gas (GDL) a base di carbonio sull’anodo, in quanto il carbonio si ossiderebbe immediatamente in CO_₂ (se il mezzo è acido) o in ioni carbonato (se il mezzo è basico) durante la reazione.  Lo strato di trasferimento poroso in titanio diventa quindi il candidato ideale come mezzo di diffusione. Uno strato di trasferimento poroso in titanio fornisce inoltre il contatto elettrico tra lo strato catalitico dell’anodo e la piastra bipolare o il collettore di corrente sul lato dell’anodo.

Questo prodotto ha uno spessore di circa 0,010" (250 micron). Sebbene la maggior parte delle applicazioni industriali utilizzi gli elettrolizzatori in modalità "anode-fed", questo prodotto rappresenta anche un mezzo di diffusione ideale per i ricercatori che conducono studi sugli elettrolizzatori in modalità "cathode-fed".

Per celle a combustibile unificate, elettrolizzatori o sistemi di dispositivi elettrochimici rigenerativi, il feltro in fibra di titanio può essere utilizzato all’anodo o al catodo come mezzo di diffusione. Anche i concentratori elettrochimici di ossigeno, gli inertizzatori elettrochimici e alcune classi di batterie (come le batterie a flusso redox) possono trarre vantaggio da questo prodotto come mezzo di diffusione, indipendentemente dalla natura dei reagenti.

Per le applicazioni che contengono sali, acidi o basi, è necessario prestare attenzione affinché tali composti chimici non interagiscano in modo negativo con lo strato di trasferimento poroso in titanio (ad esempio causando ossidazione superficiale, dissoluzione chimica, ecc.).

Quando è opportuno utilizzare uno strato di trasferimento poroso in titanio platinato?
Lo strato di trasferimento poroso in titanio non trattato non si consuma come invece accade per uno strato di diffusione del gas (GDL) in carbonio.  Tuttavia, la presenza di ossigeno ha un impatto se l’elettrolizzatore viene fatto funzionare ad alte pressioni (da 1 bar a 3 bar). La superficie in titanio non trattata formerà rapidamente uno strato di ossido elettricamente isolante (TiO_₂) sulla superficie delle fibre di piccolo diametro in presenza di elevate pressioni _di O₂. Questo rivestimento di ossido finirà per compromettere l’efficienza dell’intero sistema, agendo da isolante elettrico, e aumenterà la resistenza interfacciale nella cella, riducendo le prestazioni elettrochimiche.  

La formazione di questo rivestimento di ossido può essere prevenuta applicando un rivestimento in oro o platino. La platinizzazione superficiale del titanio genera un rivestimento elettricamente conduttivo e chimicamente stabile in condizioni normali di elettrolisi. In tal modo, si prolunga la durata del titanio, il che è ideale per applicazioni che richiedono prestazioni elevate e una lunga durata.  La prevenzione della formazione di TiO₂ stabilizzerà notevolmente le prestazioni elettrochimiche dell’elettrolizzatore o del dispositivo elettrochimico previsto.

• Spessore: 0,010" (10 mil o ~250 micrometri)
• Dimensione media dei pori: 5-10 micron•
Porosità: ~30%

La seguente curva di prestazioni illustra l’efficacia dello strato di trasferimento poroso ultrasottile in titanio come elettrodo anodico. La membrana era Nafion 117, il catalizzatore anodico era 3,0 mg/cm² di IrRuOx, il catalizzatore catodico era 3 mg/cm² di Pt nero e la temperatura della cella è stata mantenuta a 80 °C.  Per questo test è stata utilizzata un’attrezzatura proprietaria e questi dati potrebbero essere o meno replicabili da altri ricercatori, poiché le prestazioni di una cella elettrolitica dipendono dalla membrana e dal suo spessore, dai catalizzatori anodici e catodici e dal loro carico, dalla tecnica utilizzata per applicare i catalizzatori alla membrana o agli elettrodi stessi, dal protocollo di rodaggio, dalla progettazione del dispositivo di prova e dai sottocomponenti in esso utilizzati, ecc.