元素添加对Al水解制氢影响的研究

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随着环境污染和能源危机问题的加重,推动了氢能的开发及使用。廉价高效的制氢储氢技术是目前研究的重要课题。理论上铝的性质活泼、价格便宜,能与水反应产生大量的氢气,成为现在研究制氢的一个重要材料。但是实际上铝亲氧易产生氧化膜,阻碍在常温条件下的铝水反应。所以铝水制氢的关键是破除惰性氧化膜,提高铝的活性。本文通过研究合金化方法,通过熔炼制备Al-Ni-Sn-In合金、Al-Sn-SiC合金、Al-Co合金,研究了合金成分、水解温度以及碱度对铝基合金的活性及水解速率的影响。此外,采用XRD和SEM等分析测试手段,分析了合金的相结构和腐蚀表面形貌以及元素分布,及电化学工作站研究电化学腐蚀性能,进一步明确了铝基合金的水解机理。添加其他材料的铝基合金,可生成新的相,增大了基体内部的缺陷,明显改善了合金的活性,且合金的转化率都达到90%以上,单位质量的制氢量都接近理论值,铝基合金的电极电位变负,说明材料的易腐蚀。其中,低熔点合金和非金属材料的添加,明显提高了铝基合金的水解速率,在25℃15wt.%KOH溶液的条件下Al-4wt.%Sn-1wt.%SiC的平均水解速率高达到18.92 ml/min·g,而添加高熔点钴的铝基合金在同等条件下的水解效果却差很多。铝基材料的水解本就属于放热反应。温度的提高改善了铝水解反应的动力学性能,提高铝的活性。提高反应温度有助于提高铝水解反应的产氢速率,且在短时间内就达到水解最大值。温度的增大都普遍缩短了水解所需时间。增大碱度同样能提高水解速率,但是温度的影响则更为明显。本论文所研究的铝基合金能在25℃15wt.%KOH溶液中与水反应生产氢气,可作为燃料电池的氢源。为提高铝基材料的活性提供理论依据,同时为实现On-board制氢技术提供了可能。
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