【摘 要】
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电解水制氢技术作为当下的热门研究方向,其中最受关注的是析氢复合电极的开发利用。高效的析氢复合电极对于电解水制氢效率的提升尤为重要。本文采用电化学沉积法制备以泡沫Ni为基底的复合电极,开展了复合电极性能分析以及在电解水制氢中的应用研究。文章通过对电解水制氢、复合电极作用理论以及不同电解池等进行分析对比,最终选用电化学沉积法制备以泡沫Ni为基底的复合电极,并采用形状测量激光显微系统、XRD、SEM、X
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电解水制氢技术作为当下的热门研究方向,其中最受关注的是析氢复合电极的开发利用。高效的析氢复合电极对于电解水制氢效率的提升尤为重要。本文采用电化学沉积法制备以泡沫Ni为基底的复合电极,开展了复合电极性能分析以及在电解水制氢中的应用研究。文章通过对电解水制氢、复合电极作用理论以及不同电解池等进行分析对比,最终选用电化学沉积法制备以泡沫Ni为基底的复合电极,并采用形状测量激光显微系统、XRD、SEM、XRF、XPS等方法进行性能分析。实验确定了复合电极最佳的制备条件:50℃水浴加热,电流密度60m A/cm~2,沉积时间120min,表征结果显示:泡沫Ni及其复合电极呈网状结构,可为气液体扩散提供畅通的传输通道,复合电极表面均匀负载Pt金属,具有良好的稳定性和析氢催化性能。通过SPE电解水制氢实验对复合电极的制氢性能进行研究,以制氢效率、产氢量和耗电量为评价标准,得出以下结论:1、阴极为不同电极的制氢实验中,复合电极基底选择0.3mm厚度、0.23mm孔径的泡沫Ni,制氢效率和产氢量最佳的阴阳极组合为:阴阳极为Ni、阴极Ir-Ni阳极Pt-Ni复合电极、阴极Pt-Ni阳极为Ni;2、阴阳极不同质量配比的制氢实验中,阳极Ir-Ni复合电极的质量配比控制在Ir:Ni=1:8时制氢效率最高,但在实际应用中效率提升较小,无需电化学沉积Ir,阴极Pt-Ni复合电极质量配比为Pt:Ni=1:12时,制氢效率、产氢量均高于单电极Ni;3、材料对制氢性能影响的实验中,碳布扩散层对制氢效率平均提高约26.6%,新的质子交换膜的SPE制氢效率较旧膜提高约7%,当复合电极基底泡沫Ni孔径为0.045mm、厚度为0.5mm时,制氢效率和产氢量分别高于孔径0.15、0.23mm和厚度0.15、0.3mm的泡沫Ni,同时确定了最佳实验条件;4、稳定性验证实验中,SPE制氢装置没有因运行时长和方式的变化而出现无明显的衰减,制氢性能稳定,有利于未来装置实用化。本研究中以泡沫Ni为基底的复合电极在表征分析及制氢实验中均表现出优异性能,不仅提高了制氢效率和产氢量,同时降低了耗电量,为电解水制氢技术的进一步发展提供了一种策略。
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