电沉积法制备碱性电解水镍基析氧电极的研究进展

在“碳达峰、碳中和”的目标下,绿氢成为极具前景的清洁能源。碱性电解水制取绿氢技术商业化程度最高,但由于析氧反应(OER)动力学过程缓慢且需要较高的过电位,成为制约电解水电极效率的主要瓶颈。商业电解槽中广泛使用的镍网或泡沫镍电极的OER性能仍有很大提升空间,在其上复合镍基催化功能层,开发新型高活性的析氧电极有利于提高电极效率,降低制氢成本。电沉积技术具有工艺简单、条件温和、利于放大生产自支撑电极的优势,成为工业化生产OER电极的理想工艺之一。本文综述了近年来利用电沉积技术制备的镍基析氧电极并用于碱性电解水的研究进展。采用电沉积技术在镍网或泡沫镍基底上制备镍(氢)氧化物、双金属及多元金属以及非金属掺杂的镍基催化剂作为催化功能层,通过增强催化功能层的电导率及金属间的协同作用、增加活性位点数量、减小扩散路径以及改变表面原子构型等方式提高镍基自支撑电极的OER性能。最后,展望了镍基自支撑电极在电解水领域的应用,同时指出了电沉积法制备电极材料存在的挑战。     

电沉积法制备高活性析氢电极

高活性阴极材料在电化学工业中具有重大的应用价值。介绍了电沉积积法制备高活性析氢电极的发展,现状及应用前景。     

节能析氢电极的研究

用电镀法制备了镍－钼析氢电极，考察了制备条件对该电极析氢活性的影响。本文实验条件下，镀液中钼与镍的原子比为1：2，电镀电流密度为18mA·cm－2时，制备的镍－钼电极有较高的折氢活性。与现行氯碱电解槽的低碳钢网析氢电极比较，析氢过电位降低0．116V。     

CNTs/Ni-W/CC复合电极的构筑及电解水析氢催化性能

在碳布材料(CC)表面首先电沉积W原子分数约为13％的Ni-W合金,再通过化学气相沉积(CVD)在其表面生长碳纳米管(CNTs),构筑出一种自支撑CNTs/Ni-W/CC复合电极.电化学测试表明:该复合电极在1 mol/L NaOH水溶液中表现出良好的电解水析氢(HER)催化性能.在不同温度下保温2 h所获样品中,90...     

铈对Ni-Mo合金电极析氢性能的影响

在Ni-Mo合金镀液中添加Ce盐,制备了Ce盐修饰的Ni-Mo合金电极,研究了Ce对Ni-Mo合金电极析氢催化性能的影响,并测试研究了Ce对Ni-Mo合金镀层结构的影响。实验结果表明,镀液中添加少量的Ce盐并没有改变合金电极的结构,但是使镀层的晶粒细化,从而增大了电极的真实表面积,提高了Ni-Mo合金电极的析氢催化活性。     

镍-钨/二氧化锆纳米复合电极析氢性能的研究

在含有20g/L硫酸镍、45 g/L钨酸钠、50 g/L配位剂和10g/L二氧化锆(粒径约20 rim)的溶液(pH=6)中,电沉积制备了Ni-w/ZrO,纳米复合电极.通过电化学方法研究了该纳米复合电极在质量分数为30%的NaOH溶液中的催化析氢性能,并与Ni-W合金电极进行了对比.利用扫描电镜观察了电极的表面形貌.结果表明,Ni-W/ZrO2纳米复合电极的催化析氢活性及稳定性均优于Ni-W合金电极.     

控制电位脉冲电沉积法制备析氢Ni-S电极

采用控制电位脉冲电沉积法制备Ni-S合金电极,并在25%NaOH溶液中测试阴极极化曲线和交流阻抗,表征所制备电极的催化析氢活性。探讨了脉冲电流密度,脉冲限制电位及硫脲加入量对电沉积的影响,确定了电沉积制备Ni-S电极的适宜条件。结果显示:脉冲电流密度为7.1 A/dm2,脉冲电位上限为-0.70 V,脉冲电位下限为-1.75 V,V(瓦特镍溶液)(290 g/L NiSO4.6H2O,50 g/LNiCl2.6H2 O,40 g/L H3 BO3)与V(10%硫脲)比值为20∶8,制备的Ni-S电极具有最高的催化析氢性能。     

钴钨复合电极在碱性介质中的电催化析氢性能

为提高电极的电催化析氢性能,在钴电沉积中加入钨粉,制得钴钨复合电极,采用阴极极化曲线法、交流阻抗技术和扫描电子显微技术研究了电极在碱性介质中的催化析氢性能。与钴电极相比,钴钨复合电极表面粗糙,具有较大的交换电流密度和较小的析氢反应电阻。结果表明：复合电极的电催化析氢性能优于钴电极。     

钌基碱性电解水制氢催化剂研究进展

碱性电解水具有操作易实现、设备费用低和寿命长的特点,是目前应用最广泛的将可再生资源转化为氢能的技术。但电解水存在能耗高的问题,因此需要高效催化剂提高能量转化效率。钌具有与铂相近的金属-氢键强度,是极具前景的制氢催化剂。综述了近年来钌基催化剂的制备及其碱性电解水制氢反应的最新研究进展。与廉价过渡金属材料相比,钌基催化剂具有优异的电化学活性和稳定性,是一种很有前景的析氢材料。以目前主要研究的钌金属及其合金、钌基磷化物、钌基硫化物、钌基硒化物为代表,分别进行了简要的介绍和评价,最后提出了钌基电催化剂在制氢应用中存在的问题和未来的发展方向。     

质子交换膜水电解制氢膜电极研究进展

质子交换膜水电解（PEMWE）制氢具有可适用于风能太阳能等可再生能源的间歇性和波动性、能量转换效率高、启动快速、占地小等优点,成为目前绿氢制取重点关注的技术。膜电极作为水电解制氢关键核心部件,对于水电解制氢的性能、效率和寿命至关重要,并随着量产规模的扩大在系统成本中的占比越来越高。发展高性能、低成本和高耐久性的膜电极对于绿氢的低成本大规模制取具有重要意义。本文综述了近年来质子交换膜电解水制氢膜电极中质子交换膜、催化层、多孔传输层等关键材料部件以及膜电极制备技术的研究进展和成果,并进行了简要评述。从膜电极设计和开发的角度系统地梳理了如何提高电解制氢性能、降低水电解制氢膜电极成本等方面的进展。最后,就未来膜电极研发的方向提出了建议。     

Hydrogen evolution on electrodeposited nickel-cobalt-molybdenum in alkaline water electrolysis

The hydrogen evolution reaction (HER) was conducted on nickel-cobalt-molybdenum electrodes in a 30 wt% KOH solution at temperatures from 298 to 353 K. These nickel- and cobalt-based ternary materials were electrodeposited on a stainless steel screen, initially at a current density of 0.5 A cm⁻² and subsequently at 2 A cm⁻². They showed good adhesion to the substrate, high surface roughness and they enhanced the HER in water electrolyssi compared with nickel, cobalt, nickel-molybdenum and cobalt-molybdenum deposited electrodes, having comparable or even higher deposit loadings. The HER enhancement on the ternary materials with respect to nickel-molybdenum and cobalt-molybdenum was attributable to their large surface area. On the ternary materials, two Tafel slopes were distinguished on the HER polarization in the low and high HER overpotential ranges. However, no conventionally proposed relation between TAfel slope and temperature was found; the transfer coefficient increased with temperature under the experimental conditions.     

二硫化钼基全pH电催化析氢材料研究进展

电解水作为一种绿色制氢技术备受关注,设计开发适用于全pH（pH=0~14）介质的高效、低廉的电催化剂,可实现减少能耗、简化装置构建和优化生产工艺。二硫化钼具有电子结构的可调性以及除贵金属外最合适的热力学活性,是极具前景的析氢材料之一。通过综述二硫化钼基全pH析氢材料的研究现状,涉及本征二硫化钼物性调节策略以及原子掺杂的表面工程和界面工程调制,阐明了相应的催化增强机制,揭示了制备全pH范围兼具活性和高电流稳定性的催化剂是电催化材料的发展趋势,并提出激活多级结构二硫化钼材料惰性基面、提高材料整体导电性、精准锚定单原子以及包覆多孔碳是设计高效全pH催化剂的根本策略。     

Polarization curves for an alkaline water electrolysis at a small pin vertical electrode to produce hydrogen

During two‐phase electrolysis for hydrogen production, according with alkaline–water electrolysis process, there are bubbles which are created at electrodes which imply a great hydrodynamic acceleration in the normal earth gravity field and then a quite important electrical properties and electrochemical processes disturbance, for both transport and reaction. This disturbance can lead to the modification of the local current density and to anode effects for example. In this work, a model experimental set‐up is studied. The vertical pine electrode of small electro active surface area is surrounded with a large surface counter electrode. The hydrogen production is performed at the working electrode and effort is focused here upon the global electrochemical cell electrical performances. The polarization curves intensity vs. applied voltage are experimentally measured and presented for different factors such as: the electro active species concentration, nature and counter electrode diameter factors. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2010     

电解水制氢的耐碱离子膜研究进展

碱性离子膜电解水制氢技术具有成本低、环境友好、可使用光伏、风电等波动性电源等优势, 近年来得到广泛关注。作为碱性电解水的核心组件,离子膜对电解槽性能、稳定性及制氢安全起着至关重要的作用。因此,开发具有良好氢氧根传导率、高度耐碱稳定性及优异阻气性的离子膜具有重要意义。本文围绕碱性电解水用离子膜材料开展论述,包含多孔隔膜、溶剂化离子膜和阴离子交换膜三个类别,从氢氧根传导率、耐碱稳定性及电池性能等角度,分析碱性电解水用离子膜的研究进展及所面临的技术难题,从膜结构与膜材料分子设计着手,为研究开发用于碱性电解水的离子膜提供新思路。     

Pt-Ir共沉积电位对电解氨水制氢的性能影响

为研究在线电解氨水为氢燃料电池供氢的可行性,采用电化学共沉积法,在不同沉积条件下制备了PtIr催化电极,用循环伏安法(CV)与计时安培法(I-t)结合电镜、XPS和XRD结构分析,研究了电极对氨水的电解催化性能。结果表明,沉积电位影响了合金催化剂的组成、晶型、晶粒尺寸等,从而进一步影响了电极在氨催化过程中的性能。当沉积电位固定,电极上的催化剂负载量、氨水电解过程中催化剂的形貌、结构、组成基本稳定。其中,-0.05 V(vs. SCE)沉积电位下制备的催化剂在氨的电解催化过程中持续性和稳定性好,催化剂的负载量和过电位也最低。利用电化学上电解氨和生成水电位上的差异,将氨电解为燃料电池供氢,在低电流密度下(<10 mA/cm²)燃料电池为氨电解池提供能量的同时仍然有40%以上的额外功率用于其他负载。     

固体聚合物电解水制氢性能衰减分析

以阳极催化剂（IrO₂）、阴极催化剂（Pt/C）含量、阴极Nafion质量分数和阳极Nafion质量分数为考察的因素,进行了四因素三水平的正交试验,以电解槽电解电压在2V时的电流密度为衡量标准,确定了配置催化剂浆料的最优配比为：阳极催化剂IrO₂担载量2.0mg/cm²,阴极催化剂Pt担载量1.0mg/cm²,阳极催化剂浆料中Nafion质量分数20%,阴极催化剂浆料中Nafion质量分数25%。使用最优配比配制催化剂后制备膜电极,对该膜电极进行极化曲线测试、产氢量计算及稳定性测试,发现运行80h后,膜电极的电解性能下降,在0.6A/cm²时,电解电压从1.78V升高到2.06V。使用交流阻抗分析稳定性测试前后的各部分电阻变化,发现各部分电阻均有增加。扫描电镜发现测试后阴极催化层与膜发生明显剥离。对稳定性测试期间的循环水进行电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测试,发现长时间运行后,水中Ir和Pt的含量增加。     

水电解制氢装置运行及维护

介绍水电解制氢装置的工艺流程,分析其工作原理。并且结合日常运行及维护经验,对水电解制氢装置的日常管理和故障处理进行说明。     

硫化氢间接电解制氢中试阴极动力学

从硫化氢间接电解制氢中试的阴极过程出发,对传质过程与电化学反应过程分别进行了考察,并通过理论模型将两者结合起来,根据中试的实际情况,建立了阴极析氢过程宏观动力学模型.该模型在实验测量的范围内,得到了较好的验证;通过理论推导和实验验证,确立了硫化氢间接电解制氢中试阴极反应的主要影响因素为氢离子浓度、槽压和电解液温度,其中槽压的影响最大.本模型为后续的中试和工业生产提高析氢速度提供了一定的理论依据.