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电化学铝—水制氢体系析氢阴极的制备

钱文鲲  
【摘要】:本论文所研究的铝-水电池体系是一种全新概念的高效、清洁、安全、廉价的环保型能量存储及释放体系。它在反应过程中只消耗铝合金电极和水,并且向负载输电的同时,在阴极产生高纯的氢气实现电能与氢能的共生,唯一的副产品为Al(OH)3,回收风干后为Al2O3。在前人研究电池结构的基础上,本文采用新颖、独特的设计思路,初步设计出的新型铝-水电化学制氢体系主要由铝合金阳极、中性电解液、析氢阴极、电解液循环系统、氢气流量控制系统等组成。 高活性析氢电极的制备一直是国内外电化学工业中的一个重要课题,更是研制铝-水制氢体系的关键技术之一。本文通过电镀、化学镀及复合镀的方法,制备了Ni-S、Ni-P、Ni-Mo、Ni-W、Ni-Co、Ni-WC及Ni-ZrO2等一系列二元镍基合金镀层,并通过阴极极化曲线测试,初步筛选出性能最好的析氢阴极镀层。并从元素电子结构及元素电负性方面对合金元素的作用进行了理论分析,初步探讨了镍基合金镀层的电催化机理。 利用电沉积的方法制备的非晶态合金材料具有耐腐蚀、耐磨损、电催化活性高等优异的物理化学性能。本文在高活性二元镍基合金析氢电极的基础上,以电沉积的方法制备出具有低析氢过电位的镍基三元合金电极( Ni-Co-P),同时对其理化性能进行了研究。通过阴极极化曲线测试,研究了主盐离子的浓度比、电流密度、镀液pH值及电镀温度等对Ni-Co-P镀层组成及析氢性能的影响。并通过χ-射线衍射及循环伏安曲线,验证了电沉积出的非晶态镀层具有高的析氢催化活性及耐蚀性。同时发现阳极氧化预处理能极大地提高Ni-Co-P合金的析氢催化活性,所以以化学镀镍磷(中磷)镀层作为研究基体,确定了最佳的阳极氧化工艺条件,并对其氧化机理进行了推断。


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