碱性水电解析氢活性阴极的研究

摘要

在当前的制氢工业生产中,碱性水电解技术工业化早、技术成熟、设备成本低,但因为其能耗较高,限制了它的应用规模。降低能耗最有效的手段之一是制备出电催化活性高、寿命长的活性阴极。
　　在碱性水电解制氢电极的制备过程中,通过对金属电极极板表面进行电镀,将普通的金属电极制备为复合合金电极,可以降低极板的析氢过电位,进而使水电解制氢过程的能耗降低。
　　本文中采用分层电沉积法制备Ni-Mo-S三元合金电极,并通过实验分析了电极制备过程中硫源含量、钼源含量、Ni-S电镀电流密度、Ni-Mo电镀电流密度和电镀液温度对电极活性的影响。结果表明,Ni-S电镀阶段的硫源含量和电流密度的改变,相对于Ni-Mo电镀阶段的钼源含量和电流密度的改变,对电极的析氢过电位影响更大。本实验条件下适宜电镀条件为硫脲在电镀液中含量30gL-1,钼酸钠在电镀液中含量25gL-1,Ni-S电镀电流密度24mAcm-2,Ni-Mo电镀电流密度24mAcm-2,电镀液适宜温度为40°C。
　　Ni-Mo-S电极的析氢活性很高,但是长期电解实验显示其镀层容易脱落,槽电压持续升高。为找到电催化活性高且寿命长的新型阴极,本文分别考察了Ni-S-Zn、Ni-P-S和Ni-P-Zn电极,发现Ni-P-Zn-40°C阴极在长期电解测试中槽电压较低而且相对平稳。进一步研究表明本实验条件下Ni-S-Zn电极的适宜制备条件为Ni-S阶段电沉积电流密度24mAcm-2,Ni-Zn电沉积阶段电流密度24mAcm-2,Ni-S电镀液中硫源硫脲30gL-1,Ni-Zn电镀液中锌源氯化锌10gL-1,分层电镀液温度为40°C。
　　实验结果表明,跟Ni-Mo-S电极相比,新型复合电极Ni-S-Zn综合性能更好,它不仅能维持较高的电催化活性,在长期操作稳定性上要更胜一筹。

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2水电解发展历史和技术创新

1.3水电解过程

1.4电极动力学

1.5电极的材料与电极制备方法

1.6研究趋势

1.7本文研究意义及内容

第二章 实验方案与方法

2.1实验方案设计

2.2实验设备与测量仪器

2.3阴极过电位测试

2.4循环伏安曲线

2.5电化学参数分析

第三章 Ni-Mo-S活性阴极的实验研究

3.1活性阴极的析氢机理研究

3.2 Ni-Mo-S活性阴极的催化析氢性能

3.3 Ni-Mo-S电极稳定性测试

第四章 新型复合电极的研究

4.1新型复合电极的制备与研究

4.2 Ni-S-Zn活性阴极的催化析氢性能

4.3 Ni-S-Zn电极与Ni-Mo-S电极的比较

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢