發(fā)布時(shí)間：2021-11-21 05:29

　　隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的日益加劇,電解水制氫技術(shù)因其清潔環(huán)保、易于規(guī)�；�、所制備的氫氣純度高等優(yōu)點(diǎn)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而,電解水反應(yīng)是一個(gè)由多步基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)變化過程,熱力學(xué)能壘高,動力學(xué)也極為緩慢。因此,電解水制氫技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化目前仍受制于廉價(jià)、高效且穩(wěn)定的電催化劑的開發(fā)。近年來,由于具有豐富的儲量、低廉的價(jià)格,基于過渡金屬（如:鐵、鈷、鎳）的電催化劑被寄予厚望。然而,目前過渡金屬電催化劑的活性與熱力學(xué)理論目標(biāo)的差距仍然十分顯著。高效的催化劑必須具有優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu),從而有利于各種反應(yīng)中間物種的特性吸/脫附。此外,由于涉及氣、液、固三相界面,眾多外部因素（如:催化劑比表面積、傳質(zhì)通道的設(shè)計(jì)、催化劑載量、等等）也將影響電極催化活性提高的。所以,為提升電解水效率,本論文主要從電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和催化劑電子結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個(gè)方向出發(fā),開展了以下幾項(xiàng)工作:（1）針對實(shí)際應(yīng)用中催化劑膜較厚、傳質(zhì)阻力大、導(dǎo)電性差等問題,本文借助Fe³⁺離子對金屬Ni的溫和腐蝕作用,開發(fā)了三維一體化珊瑚狀FeNi（OH）_x/Ni全水分解電極。首先,通過大電流陰極電沉... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

氫儲能系統(tǒng)示意圖

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文2氫儲能能否成為現(xiàn)實(shí)，氫的大規(guī)模生產(chǎn)極為關(guān)鍵。相關(guān)制氫技術(shù)必須滿足以下條件：①必須遵循可持續(xù)原則；②需使用來源廣泛的可再生的原料；③制得的氫氣純度高[4]。電解水制氫即是這樣一種能夠滿足上述條件的關(guān)鍵技術(shù)。事實(shí)上，電解水制氫是一項(xiàng)十分古老的技術(shù)。早在1800左右，J.W.Ritter即在德國闡述了電解水的基本原理。其首次實(shí)際應(yīng)用出現(xiàn)在1890年，法國軍隊(duì)?wèi)?yīng)用電解水制氫技術(shù)研制了軍用飛艇[5]。但是，由于氫氣可以通過成本更為低廉的技術(shù)（如：重整制氫）制備，因此電解水制氫技術(shù)的發(fā)展十分緩慢。重整制氫技術(shù)雖然技術(shù)成熟、成本低廉，但是依賴化石能源且碳排放量高，顯然無法滿足新時(shí)期的要求而前景黯淡。所以，近年來，電解水制氫技術(shù)因工藝簡單、原料（水）來源廣泛，與可再生能源相結(jié)合后清潔環(huán)保、所制備的氫氣純度高等優(yōu)勢獲得了世界各國的青睞[6]。但是，節(jié)能降耗、使電解水制氫的成本與重整制氫持平甚至更低，仍然是當(dāng)前世界各國所面臨的一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)[7]。1.1電解水制氫技術(shù)1.1.1電解水制氫基本原理如圖1.2所示，最簡單的電解水系統(tǒng)由浸沒在電解液中的陽極和陰極，經(jīng)外電路連接組成。陰、陽極之間被隔膜隔離。電解水過程中，直流電源對整個(gè)系統(tǒng)供電。在外電場的作用下，電解液中H+不斷向陰極遷移產(chǎn)生氫氣，而OH不斷向陽極遷移生成氧氣。因?yàn)榧兯碾妼?dǎo)率很低，因此，必須向電解液中加入KOH或NaOH等電解質(zhì)，以增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性。圖1.2電解水系統(tǒng)示意圖Fig.1.2Basicschemeofawaterelectrolysissystem

??討校琀2O在陽極氧化生成質(zhì)子和氧氣，而水合質(zhì)子在電滲流的作用下通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極被還原為氫氣。PEMWE電解槽所使用的質(zhì)子交換膜（如Nafion,厚度通常只有0.2mm）具有很高的質(zhì)子導(dǎo)電性（0.1-0.02Scm-1），可作為固體電解質(zhì)。因此，PEMWE電解槽可以直接使用去離子水作為電解液，避免了AWE中堿性電解液帶來的各種問題。此外，PEMWE采用“零極距”式電解槽結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)更為緊湊。與此同時(shí)，得益于質(zhì)子交換膜優(yōu)異的氣體阻隔能力，使得大電流密度（>2Acm-2）、高氣壓（350bar）條件下的電解水成為可能[14]。圖1.4PEM電解槽工作原理示意圖(a)和PEM電解槽橫截面示意圖(b)[13]Fig.1.4SchematicillustrationofPEMfundamental(a)andcross-sectionalconfiguration(b)[13]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全球能源未來發(fā)展的五個(gè)趨勢[J]. 周問雪.  新能源經(jīng)貿(mào)觀察. 2018(11)
[2]國際能源轉(zhuǎn)型與中東石油[J]. 吳磊,楊澤榆.  西亞非洲. 2018(05)
[3]電解制氫與氫儲能[J]. 俞紅梅,衣寶廉.  中國工程科學(xué). 2018(03)
[4]氫儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用綜述[J]. 霍現(xiàn)旭,王靖,蔣菱,徐青山.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2016(02)
[5]氫能制備技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 朱俏俏,程紀(jì)華.  石油石化節(jié)能. 2015(12)

博士論文
[1]水滑石基高效析氧電催化劑的制備及其性能研究[D]. 張叢.北京化工大學(xué) 2017



本文編號：3508870