【摘要】：隨著能源與環(huán)境問題的日益突出,開發(fā)可持續(xù)的替代能源迫在眉睫。氫作為一種清潔能源載體備受關注,然而氫能的開發(fā)利用必須首先解決氫的來源問題。氨是理想的氫載體,其含氫質(zhì)量分數(shù)高達17.65 wt%。常溫加壓便可轉化為液態(tài),相比于氫氣更易于儲存和運輸,且氨的合成、運輸技術及其基礎設施也十分成熟。由氨所得氫氣中不含有導致燃料電池電極催化劑中毒的COx,并且氨可直接用做燃料電池原料。本質(zhì)上,氨經(jīng)濟能實現(xiàn)與氫經(jīng)濟相同的效益。本論文立足于電化學分解無水無氧液氨制備氫氣,通過建立科學、合理的電解實驗及分析體系,選擇安全、廉價的電解質(zhì),優(yōu)化電極催化劑材料,探究實現(xiàn)高效電解液氨制氫的可行性。主要研究內(nèi)容如下：1.三電極液氨電解池及測試分析系統(tǒng)的建立立足于前人的研究,我們設計并訂制了三電極體系液氨電解池,且對電解池內(nèi)襯材料和參比電極進行了篩選。整個實驗裝置由三部分組成,分別是氣路系統(tǒng)、電解實驗系統(tǒng)以及定性、定量分析系統(tǒng)。借助于真空氣路系統(tǒng)實現(xiàn)液氨的傳導；借助于電化學工作站獲得各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電化學參數(shù)；借助于氣相色譜儀對電解氣體產(chǎn)物進行分析,通過對色譜柱的篩選、柱溫及載氣流速的調(diào)控實現(xiàn)產(chǎn)物的最優(yōu)化分析。利用保留時間進行定性分析,利用外標法繪制標準氣體吸附峰面積與氣體分壓關系曲線進行定量分析,從而實現(xiàn)科學、合理的電解液氨實驗與分析系統(tǒng)。2.錢鹽支持電解質(zhì)對電解液氨制氫效率的影響氨可自解離出顯酸性的NH4+和顯堿性的NH2-。我們針對堿金屬氨基化合物(KNH2、 NaNH2)、銨鹽(NH4I,NH4Br, NH4CI, NH4NO3)以及顯中性的鉀鹽(KPF6)各類支持電解質(zhì)在液氨中的電化學行為進行了系統(tǒng)研究,結果表明,不同環(huán)境下電解液氨過程具有不同的反應機理,并且在293 K,使用光亮的鉑片電極電解液氨的最小分解電勢為1.3 V；相比于KNH2、NaNH2及KPF6,含有NH4+離子的電解質(zhì)在提高電流密度及降低體系內(nèi)阻方面具有更為顯著的效果。以1M銨鹽(如NH4Br, NH4NO3或NH4Cl)作為支持電解質(zhì),在120mA/cm2電流密度下恒電流電解3 h,可以獲得0.7～0.8 mL/min的平均放氫速率以及80%的電流效率。3.貴金屬催化劑對電解液氨體系電極活性的影響為了降低電極過電位,我們運用電化學沉積法,以光亮鉑片作為基底電極,制備了單金屬催化劑(Pt black、Rh)、雙金屬催化劑(Rh-Pt(Rh:Pt=1:7,1:1,5:1)或Pt-Ir)以及三金屬催化劑(Rh-Pt-Ir)作為液氨體系陽極催化劑,以NH4CI做為支持電解質(zhì),結合循環(huán)伏安曲線、電化學活性表面積分析以及穩(wěn)態(tài)極化曲線等對催化劑性能進行分析,探討各類型催化劑對電解液氨體系電極活性和電化學穩(wěn)定性能的影響。研究表明,通過對電極催化劑材料的選擇以及比例的優(yōu)化,可顯著增加其電活性表面積,有助于降低液氨電解體系電極過電位及能量損耗,減小電極失活,保持電極良好的電化學穩(wěn)定性。三金屬催化劑電極(Rh-Pt-Ir)效果最為顯著,表現(xiàn)出最低的液氨最小分解電勢(0.47 V)以及最高的電流密度(46.9 mA/cm2,2.0 V),相比于以Pt片做陽極,液氨最小分解電壓降低了2/3,相同電壓下電流密度增加了2倍；在1 mA/cm2電流密度下其電極電位(0.22 V)僅為未負載鉑片基底電極的1/3,并在各電流密度下均有著最低的電極電位以及最好的電化學穩(wěn)定性,金屬間表現(xiàn)出良好協(xié)同作用,展現(xiàn)出最佳的電催化活性。
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2;O646
【圖文】：

液氨與液氧是火箭發(fā)動機最早使用的燃料。氨能發(fā)電方面，因其具有效率高、逡逑能量密度大、反應《件溫和及清潔環(huán)保等優(yōu)點而受到人們的廣泛關注ＵＷ，氨氣邑廣泛應用逡逑于燃料電池設備。圖１－１為氨能與電能轉化利用過程［１１１。逡逑、趴？，＇’；ｒ邐Ｅｋｃｔｒ由了衍ｎｓｍＵｓｉｏｎａｎｄ邋Ｄｂｔｒ屯川ｉｏ。逡逑靜＇ｓｇｇａｉ—：．ｇｇ邋亡ｍａａｍｎｉＭｉ——＾邋＊＊＾＂１邐髓弦_┧洛巍義希桑蹋闣」邐ｉ邋＾邋ｊ邋Ｌ邋」逡逑Ｃｅｎｔｒａ！邐Ｘ邋ＤＨｔｒｉｉｗｔｅｄ邋ｌｉｅｃｔｒｏｆｙｓｉｓ逡逑扣ｙｓｉｓ邐Ｔ邐｛Ｂｅｃｔｒｌｃｉｔｙ；邐＾邋ｆ逡逑一一——＾ｓ邋／邐Ｄｅｃｔｒｏｌｙｒ巧娘挪焌’}0一邐邐邐、逡逑學邋廠邐ｆ＞逡逑Ｔｆｕｃｋ邋巧ｐｅｌｉｎｅ邐－邋＊邋．－？、。＇二…a傚邇擅綣義�，，，，，，，。去邋牙C危歟椋殄義希體五五五五澹巍�？＊逦｝x錚恚邋義希齲洌潁錚紓澹鑠澹疲椋歟椋椋睿玨邇擼簦椋錚鑠危遙澹媯酰澹歟椋睿玨澹櫻簦幔簦椋錚鑠義賢跡保卑蹦苡氳縋芟嗷プ霉蹋族義習蹦鼙蝗銜腔茉聰蚩稍偕茉垂傻鬧匾攘�，是实蠋密约兩持续供给并循环辶x俠玫鬧匾靨逯誨澹郟保玻蕁Ｈ歡�，氨能的开发利訌涽要涉及禈^鬧票�、储存、输运級桅辶x嫌盟牟糠鄭鋇鬧迫『痛⒋媸前蹦芄婺；τ帽匭虢餼雋醬蠊丶際酰郟鰲ｅ義

本文編號：2786438