隨著社會的發(fā)展,化石燃料日益枯竭和諸多環(huán)境問題迫使人們尋求新型的清潔能源。氫能作為潛在的替代者,具有能量密度高、對環(huán)境友好、地球豐度高等優(yōu)點,被公認為綠色能源載體。當前,堿性水電解制氫是可持續(xù)制氫的最有前景的方法之一。但是電解水的能耗仍然太高,因此,研發(fā)具有低過電位及高催化活性的陰極材料是降低其能耗的關(guān)鍵。鉑族金屬（如Pt和Pd）基催化劑具有過電位低、塔菲爾斜率低、交換電流密度高、析氫反應(yīng)穩(wěn)定性好等優(yōu)點,是最具吸引力的陰極析氫催化劑材料。然而,昂貴的成本和地球儲量少限制了貴金屬基催化劑的商業(yè)應(yīng)用。近年來,地球豐度高、成本較低的過渡金屬基催化劑在堿性條件下已逐漸顯示出巨大的催化潛力。其中Ni基陰極材料具有較好的析氫催化活性,而且在堿性條件下具有良好的耐蝕性和穩(wěn)定性,是取代貴金屬基材料的理想材料之一,但其具有的催化活性及循環(huán)穩(wěn)定性仍然有待提高。本論文以提高鎳基電極材料的析氫催化活性為目的,從能量因素和幾何因素兩個方面來設(shè)計具有不同形貌的自支撐鎳基電極材料。研究采用離子液體作為新型電解液,通過電化學(xué)技術(shù)實現(xiàn)對自支撐鎳基電極材料的綠色環(huán)保、低能耗、無添加劑以及無導(dǎo)電劑的短流程制備方式,進一步研... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：199 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

氫能可持續(xù)生產(chǎn)和利用的路線[1]

上海大學(xué)博士學(xué)位論文51.3電解水制氫的簡介對于電解水，科研工作者們做了大量研究。電解水的總反應(yīng)方程式為：2H2O=2H2↑+O2↑。圖1.2顯示的是電解水的示意圖，電解槽包括電解液、陰極和陽極。電解槽通入電流后，在陰極上會發(fā)生析氫反應(yīng)產(chǎn)生氫氣（HER），同時在陽極上也會發(fā)生析氧反應(yīng)產(chǎn)生氧氣（OER）。然而實際的電解過程中，使用純水作為電解液時由于其導(dǎo)電性很差，水分解反應(yīng)很微弱，因此通常通過加入穩(wěn)定的非揮發(fā)性的電解質(zhì)如H2SO4、KOH、NaOH、NaH2PO4等來增大水的導(dǎo)電性。而電解液根據(jù)加入的電解質(zhì)不同可分為酸性、堿性以及中性電解液。陰、陽極上的反應(yīng)根據(jù)電解液的酸堿性不同分為以下兩種情況：電解液為酸性的條件下，兩個電極上的反應(yīng)分別為：陰極反應(yīng)：2H++2e–→H2（1-4）陽極反應(yīng)：H2O→2H++1/2O2+2e–（1-5）電解液為堿性或者中性的條件下，兩個電極上的反應(yīng)分別為：陰極反應(yīng)：2H2O+2e–→2OH–+H2（1-6）陽極反應(yīng)：2OH–→2e–+H2O+1/2O2（1-7）圖1.2電解水示意圖[9]Fig.1.2Schematicdiagramofthewaterelectrolysis[9]

上海大學(xué)博士學(xué)位論文6由于酸性條件下，H+對電解槽以及電極材料具有很強的腐蝕性，因此工業(yè)上基本采用的是堿性條件下電解水制氫。在90年前，堿性電解水制氫技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，目前技術(shù)很成熟，氫氣純度也很高，全球4%制備的氫氣是通過該技術(shù)制備生產(chǎn)的。工業(yè)上采用的電解槽裝置如圖1.3所示，通常是由幾組電解池構(gòu)成，電解槽的陰極和陽極被質(zhì)子膜隔開，電解質(zhì)采用的是高濃度的強堿性溶液（25wt.%~30wt.%KOH/NaOH），電解溫度在65℃~100℃范圍內(nèi)，一般采用直流電源。高溫下的強堿性溶液對電極材料腐蝕性也不容忽視，因此研究耐蝕性的電極材料具有很大的意義。圖1.3堿性電解槽裝置示意圖[10]Fig.1.3Schematicdiagramofanalkalineelectrolysiscell[10]在25℃和101.325KPa下水分解所需要施加的熱力學(xué)理論電壓為1.23V。然而，實際上需要施加超過理論電壓的電壓值，才能夠?qū)崿F(xiàn)電化學(xué)水分解。由于在電化學(xué)過程中陰極和陽極都存在固有的活化屏障，因此會產(chǎn)生過電位（也稱為超/過電位，），陽極和陰極過電位分別用c和a表示。當然，電解槽中還存在因其它電阻如溶液電阻和接觸阻抗等產(chǎn)生的過電位（other）。所以電解槽實際所需要消耗的電壓（E）可以用公式（1-8）來表示：E=1.23V+a+c+other（1-8）

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]鎳基電催化劑的制備及析氫性能研究[D]. 吳新勇.深圳大學(xué) 2017
[2]離子液體中電沉積鎳鉬合金及其催化析氫性能[D]. 黃波.天津大學(xué) 2014



本文編號：3524228