钛基多孔板添加活性组分的应用研究

论文摘要

随着科技的进步,SPE电解水制氢技术的发展前景也越来越广泛,研究高催化活性的新型集电器,对于提高电解性能,降低电解能耗具有十分重要的意义。本论文主要研究了钛基多孔板的孔隙度、孔径以及厚度等物理性能参数对其作为SPE集电器的影响。针对阴、阳集电器的不同性质,研究了热分解法制备多种催化涂层的工艺及其电解性能。分析了上述因素对涂层结构、形貌和电解性能的影响,并进行了900小时寿命试验,了解了钛基多孔板集电器的电催化活性和稳定性。实验结果表明:采用粉末冶金多孔钛板作为SPE电解水制氢技术电解槽的集电器是可行的,其热分解法制备的Ru-Ti涂层阴极集电器和IrO2-SnO2涂层阳极集电器在电流为100A,水温60℃下进行900小时寿命考核,初始电压为2.06V,终止电压为2.10V,衰退率为44.5μV/h。其中,阴极集电器催化涂层中Ru含量为10%,阳极集电器催化涂层中Ir含量为16%,Sn含量为2%。通过试验研究表明,所制备的集电器能够在多孔钛板上形成一定厚度的多孔催化层,其阳极集电器具有足够的抗腐蚀、防钝化的能力,阴极集电器具有防氢脆的能力;且所制备的涂层具有较好的稳定性,能有效的降低电能的消耗,必将具有广阔的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 粉末冶金多孔材料
• 1.1.1 粉末冶金多孔材料的特点
• 1.1.2 粉末冶金多孔材料的应用
• 1.2 多孔电极与催化剂
• 1.3 氢能
• 1.4 论文选题的目的和意义
• 第二章 SPE 电解水制氢技术
• 2.1 SPE 电解水制氢技术原理
• 2.2 SPE 电解槽主要构件
• 2.2.1 膜-电极组件
• 2.2.2 集电器
• 2.3 SPE 电解水与传统碱性电解水的比较
• 第三章 实验前的准备
• 3.1 实验药品及仪器
• 3.2 钛基多孔板的非电运行测试方法
• 3.2.1 微电阻的测量
• 3.2.2 孔隙度的测量
• 3.2.3 孔径的测量
• 3.2.4 孔分布和透过性能的测量
• 3.2.5 活性涂层担载量的测量
• 3.3 钛基多孔板的电运行性能测试方法
• 3.4 钛基多孔板的预处理
• 第四章 钛基多孔板做集电器的影响因素分析
• 4.1 钛基多孔板孔隙度的影响
• 4.2 钛基多孔板孔径的影响
• 4.3 钛基多孔板厚度的影响
• 第五章 钛基多孔板添加催化活性组分的研究
• 5.1 试验方案的制定
• 5.2 阴极催化涂层集电器的制备
• 5.2.1 Pt-Ti 集电器的制备
• 5.2.2 Ru-Ti 集电器的制备
• 5.3 阳极催化涂层集电器的制备
• 5.3.1 Pt-Ir-Ti 集电器的制备
• 5.3.2 Ir-Sn-Ti 集电器的制备
• 5.4 测试
• 5.5 实验结果和讨论
• 5.5.1 阴极催化涂层对小室电压的影响
• 5.5.2 阴极催化涂层的电镜与能谱分析
• 5.5.3 阳极催化涂层对小室电压的影响
• 5.5.4 阳极催化涂层的电镜与能谱分析
• 5.5.5 电极的寿命
• 第六章 总结
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢