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金属杂质离子对电解水的影响

孙涛

  氢能是一种清洁、高效的二次能源,电解水是实现工业化制氢的重要方法。能耗是制约电解水制氢发展的最主要因素,电解槽、电极材料及电解液是影响能耗的关键。目前相关研究集中在电解槽与电极材料方面,对电解液的研究较少。本文研究了碱性水电解液(30%KOH溶液)中的金属杂质离子对电解水制氢的影响。研究了各种金属杂质离子在碱性电解液中的最高可能浓度,金属杂质离子在碱性电解液中的电化学行为,以及其对电解水制氢效率及能耗的影响。 Al~(3+)、Cr~(3+)、Zn~(2+)在30%KOH溶液中的溶解度比较大,最高浓度分别为12304、11959、30542mg/L;Cu~(2+)、Fe~(2+)、Fe~(3+)、Ni~(2+)在30%KOH溶液中的溶解度很小,最高浓度分别为662.5、56.91、67.64、1.614mg/L。 Al~(3+)、Ni~(2+)、Cr~(3+)、Mo6+、Ti~(3+)等金属离子在30%KOH溶液不能单独沉积出来,Zn~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(3+)能单独沉积出来。Zn~(2+)的沉积电位在-1.5V左右(vs Hg/HgO),随离子浓度及温度的升高而正移,Zn~(2+)的还原为一个双电子步骤,为不可逆过程。Cu~(2+)的沉积电位在-0.6V左右,随离子浓度及温度的升高而正移,Cu~(2+)的还原为两个单电子步骤,均为不可逆过程。Fe~(3+)的沉积电位在-0.7V左右,随离子浓度的升高而负移,Fe~(3+)的还原为一个单电子步骤一个双电子步骤,均为不可逆过程 Zn~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(3+)能在30%KOH溶液中沉积出来的最低浓度分别为0.1268、1.249、0.273mg/L,这也是它们对电解水有害的最低浓度。Fe~(3+)沉积后阴极的η100(100mA/cm~2)为500mV左右,Cu~(2+)沉积后阴极的η100为600mV左右,与Ni-Zn、Ni-Mo-Fe等高析氢活性阴极相比(η100=200mV左右),分别增大了300mV和400mV,从而大大降低电解水制氢的效率,增大能耗。由于电沉积的Zn能溶于30%KOH溶液,Zn~(2+)在电解水过程中会不断还原和氧化,不但降低了阴极的析氢性能,而且持续消耗了电能,对碱性水电解制氢效率和能耗的危害最大。……   
[关键词]:电解水;金属杂质离子;电沉积;催化活性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:湖南大学2011年