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碱性水电解活性阳极材料的制备与电化学性能的研究

刘金峰

   在碱性水电解制氢工业中,水电解过程中较高的析氧过电位是造成高能耗的一个主要原因,因此如何降低析氧过电位就成为水电解制氢领域研究的热点问题之一。目前解决析氧过电位过高的方法主要有以下三种:(1)提高水电解温度;(2)增加电化学活性表面积;(3)采用新型阳极活性材料。水电解温度过高容易造成电极材料和制氢设备的腐蚀,电极材料活性表面积的增加也是非常有限,因此选择高催化活性的电极材料就成为解决析氧过电位过高的最佳途径。本论文就新型高催化活性电极材料的制备与应用展开了研究,论文主要研究结果如下: 1.以泡沫镍为基体材料,将其浸入0.375M镍钴硝酸盐溶液中(镍钴离子比为1/2),反复浸涂并于300℃~350℃之间热处理7次,制备出在碱性水溶液中具有高析氧活性的镍钴复合氧化物膜电极。同样,将泡沫镍基体材料浸入0.25M镍镧硝酸盐溶液中(镍镧离子比为1/1),反复浸涂并于550℃~600℃之间热处理8次,制备出在碱性水溶液中具有高析氧活性的镍镧复合氧化物膜电极,并深入研究了这两种复合氧化物膜电极材料的制备工艺和电化学性能。XRD分析表明在300℃~350℃热处理得到的镍钴复合氧化物膜为尖晶石结构的NiCo2O4,而在550℃~600℃热处理得到的镍镧复合氧化物膜则为具有钙钛矿型结构的LaNiO3。两种氧化物膜电极在25℃、30% KOH溶液中电流密度为5000A/m2时的析氧过电位比泡沫镍电极分别低约130mV和200mV。在小型工业水电解装置中,制备的泡沫镍/LaNiO3电极材料在85℃、30% KOH溶液中,电流密度为5000A/m2时电解槽槽压比泡沫镍低约250mV,节省电能10%以上。 2.采用沉淀-沉淀转换-热处理的方法制备了镍钴复合氧化物NiCo2O4粉末,zeta粒径分析仪及扫描电镜(SEM)分析表明,该粉末的平均粒径约为28.3nm,粒径范围为20~100nm,并详细的研究了转换温度、沉淀转换剂及浓度、阻聚剂和热处理温度等实验参数对NiCo2O4纳米粉末粒径和结构的影响,并得出最优化工艺条件。 最优化的工艺条件为:反应物总浓度为0.75M,沉淀转换温度为70℃,用吐温-80作阻聚剂(1.0ml/L),沉淀转换剂NaOH浓度为0.05~0.1M,热处理温度为260℃~300℃。 3.采用电化学沉积方法制备出Ni/NiCo2O4粉末复合镀层电极,研究了阴极电流密度Dk、NiCo2O4微粒在镀液中的分散量和表面活性剂等因素对NiCo2O4粉末微粒共析量的影响。阳极极化曲线研究表明Ni/NiCo2O4粉末复合镀层电极的催化活性明显优于Ni,并且电极的析氧催化活性随镀层中NiCo2O4微粒含量的增加而提高,在25℃、30% KOH溶液中,电流密度为5000A/m2时析氧过电位比Ni降低了约190mV。……   
[关键词]:电解水;析氧过电位;电催化;镍钴氧化物;热分解;复合镀
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:湖南大学2006年