水电解电极的研究

论文摘要

能源是支撑社会经济发展的物质基础。氢以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点,被视为最理想的能源载体。水电解制氢是目前广泛采用的制氢方法之一,研究制备高活性、低成本的析氢电极一直是研究者广泛关注的一个重要研究课题。本文综述了氢的生产方法、电解水的发展概况及现状、析氢催化阴极的研究现状、水电解阳极的研究进展,指出了镍基合金电极是当前研究最广、最适合水电解制氢设备的电极,介绍了制备方法、镀液组成、镀层厚度、镀后处理、加入第三种元素对镍基合金电极的影响。本文开展了Ni-S电极、Ni-Sn和三元合金电极的研究,针对不同制备方法下的Ni-S、Ni-Sn和Ni-S-Mn电极,分别经过极化测试、循环伏安法测试,研究每种电极的析氢性能和稳定性,并通过组建试验平台装槽测试,模拟工业使用环境,在同等工况下,对比Raney Ni电极,研究比较了Ni-S、Ni-Sn和Ni-S-Mn电极的析氢电催化性能,获得良好的Ni-Sn析氢电极。该电极在电流密度2000A/m2,温度60℃时,小室电压不超过1.95V,在电流密度4000A/m2,温度60℃时,小室电压不超过2.1V。此指标接近国外同类产品水平。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氢的生产方法
• 1.1.1 矿物燃料转化制氢
• 1.1.2 热分解制氢
• 1.1.3 光催化制氢
• 1.1.4 生物制氢
• 1.1.5 电解水制氢
• 1.2 电解水的发展概况以及现状
• 1.3 析氢催化阴极的研究现状
• 1.3.1 贵金属电极
• 1.3.2 合金电极
• 1.3.3 复合电极
• 1.4 镍合金电极的分类
• 1.4.1 金属-金属类
• 1.4.1.1 二元合金电极
• 1.4.1.2 三元合金电极
• 1.4.2 金属/非金属类
• 1.4.2.1 二元合金电极
• 1.4.2.2 三元合金电极
• 1.5 影响镍合金氢过电位的因素
• 1.5.1 制备方法对析氢过电位的影响
• 1.5.2 镀液组成对析氢过电位的影响
• 1.5.3 镀层厚度对析氢过电位的影响
• 1.5.4 镀后处理对析氢反应活性的影响
• 1.5.5 加入第三种元素对析氢反应活性的影响
• 1.6 水电解阳极的研究进展
• 1.7 本文的研究背景及意义
• 第二章 试验方法
• 2.1 组装试验平台
• 2.1.1 电解槽制备
• 2.1.2 组装试验平台
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 循环伏安法试验
• 2.2.2 装槽试验
• 2.3 实验仪器
• 2.4 实验药品
• 第三章 合金电极性能的研究
• 3.1 喷涂Ni-S 电极
• 3.1.1 极化测试
• 3.1.2 试验小结
• 3.2 电镀Ni-S 电极
• 3.2.1 装槽测试
• 3.2.2 循环伏安测试
• 3.2.3 试验小结
• 3.3 电镀Ni-Sn 和Ni-S-Mn 电极
• 3.3.1 装槽测试
• 3.3.2 循环伏安测试
• 3.3.3 过电位比较
• 3.3.4 电压波动现象讨论
• 3.3.5 试验小结
• 3.4 改进Ni-Sn 电极
• 3.4.1 极化测试
• 3.4.2 循环伏安测试
• 3.4.3 装槽测试
• 3.4.4 试验小结
• 第四章 电解槽参数影响因素分析
• 4.1 试验结果
• 4.2 分析与讨论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢