高性能水電解電極的制備工藝與性能研究.pdf

1、氫能作為高效、潔凈和理想的二次能源，一直倍受各國(guó)科技工作者的關(guān)注。電解水制氫是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、廉價(jià)制備氫氣的重要手段。在電解反應(yīng)過(guò)程中存在的析氫和析氧過(guò)電位使電解時(shí)槽電壓增大，能耗增加。為了降低能耗，研究和開(kāi)發(fā)具有高催化活性的析氫和析氧電極材料具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本論文分別采用電沉積法和熱分解法制備了具有較高催化活性的析氫和析氧電極材料，通過(guò)電化學(xué)分析方法等手段對(duì)電極的性能進(jìn)行了研究。
　　 通過(guò)復(fù)合電沉積技術(shù)首次制備了N

2、i-Fe-TiO2復(fù)合電極，采用單因素試驗(yàn)法研究了TiO2微粒的含量、電流密度、溫度及沉積時(shí)間對(duì)復(fù)合鍍層性能的影響，得到了最佳制備工藝參數(shù)，并利用SEM和EDS等方法對(duì)電極進(jìn)行了表征。通過(guò)極化曲線及交流阻抗測(cè)試，研究了析氫電極的催化活性，并與純Ni電極,Ni-Fe合金電極,Fe-TiO2和Ni-TiO2復(fù)合電極的析氫催化性能進(jìn)行了比較。
　　 同一溫度下，Ni-Fe-TiO2復(fù)合電極析氫反應(yīng)的交換電流密度大于其他四種電極；在相同

3、電流密度時(shí)，Ni-Fe-TiO2復(fù)合電極的析氫過(guò)電位最??；電極的表觀活化能研究結(jié)果表明，Ni-Fe-TiO2復(fù)合電極析氫反應(yīng)的表觀活化能最小，從能量因素方面證明該電極具有最佳析氫活性。另外，采用交流阻抗研究得到Ni-Fe-TiO2復(fù)合電極具有最小的析氫反應(yīng)電阻和最大的表面粗糙度，進(jìn)而從幾何因素方面證明了Ni-Fe-TiO2復(fù)合電極具有最高的電催化活性。
　　 通過(guò)浸漬-熱分解方法制備了具有較高催化活性的鎳鈷氧化物膜電極，并在氧化

4、物膜中引入粘結(jié)劑PTFE和全氟磺酸樹(shù)脂，測(cè)試了它們?cè)趬A性介質(zhì)中的析氧活性。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粘結(jié)劑的引入沒(méi)有導(dǎo)致氧化物膜電極析氧活性的降低。經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間電解反應(yīng)后，與未加入粘結(jié)劑相比，全氟磺酸樹(shù)脂-鎳鈷氧化物膜電極的析氧過(guò)電位降低了71mV，顯示了較高的催化性能。EDS元素分析表明，所得到的全氟磺酸樹(shù)脂-鎳鈷氧化物膜可能具有尖晶石型結(jié)構(gòu)。交流阻抗實(shí)驗(yàn)表明膜電極具有較大的表面粗糙度。制備得到的全氟磺酸樹(shù)脂-鎳鈷氧化物膜電極具有一