Разработка новой элементной базы щелочных электролизеров воды

• Автор: Бахин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Список использованных сокращений
ПСК - поверхностно-скелетный катализатор;
РЭМ - растровая электронная микроскопия;
ЭДС - энергодисперсионная спектрометрия;
ВАХ - вольтамперная характеристика;
ДМА - диметилацетамид;
ТГФ - тетрагидрофуран;
ПСФ - полисульфон;
ПСФС - полисульфидсульфон;
ММ - молекулярная масса;
ЭКП - эталонно-контактная порометрия;
1 - плотность тока, А/см2; и - напряжение, В;
Ек° - обратимое значение потенциала катода, В;
Еа° - обратимое значение потенциала анода, В;
Диом - омические потери, В;
Еэ° - теоретическое значение ЭДС ячейки, В; гг - удельное сопротивление электролита, Ом см;
1 - межэлектродное расстояние, см;
Т - температура, °С;
С) - скорость подачи полимерного раствора, см3/мин; п - скорость вращения барабанного коллектора, об/мин; с - содержание полимера в растворе, масс. %; с1 - диаметр полимерной нити, нм;

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Технические характеристики электролизеров с щелочным 12 электролитом
1.2. Составляющие напряжения на ячейке щелочного электролизера
1.3. Каталитические покрытия электродов для щелочных 23 электролизеров
1.3.1. Каталитические покрытия электродов для катодной реакции 23 выделения водорода
1.3.2. Каталитические покрытия электродов для анодной реакции 30 выделения кислорода
1.4. Разделительные диафрагмы щелочных электролизеров
1.5. Получение микро- и наноматериалов методом электропрядения 41 ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Используемые реактивы и оборудование
2.2. Методы исследований
2.2.1. Исследование пористости диафрагм методом эталонно- 52 контактной порометрии
2.2.2. Исследование структуры диафрагм и электродов методом 55 растровой электронной микроскопии
2.2.3. Исследование элементного состава электродов при помощи 57 энерго - дисперсионного спектрометра (ЭДС)
2.2.4. Изучение электрохимической активности электродов в 59 трехэлектродной ячейке
2.2.5. Определение удельной электропроводности диафрагм
2.2.6. Определение устойчивости диафрагм к перепадам давлений в 62 анодной и катодной камерах электролитической ячейки

2.2.7. Исследования ВАХ экспериментальной ячейки щелочного
электролизера
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОПРЯДЕНИЯ
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОПРЯДЕНИЯ
4.1. Разработка методик формирования полимерных микро- и 69 нановолокон методом электропрядения
4.1.1. Влияние молекулярной массы полимера и его концентрации на 71 процесс электропрядения
4.1.2. Влияние межэлектродного расстояния на стабильность процесса 83 электропрядения и характеристики полимерного волокна
4.1.3. Влияние диаметра капилляра на стабильность процесса 85 электропрядения и характеристики полимерного волокна
4.1.4. Влияние скорости вращения барабанного коллектора и скорости 88 перемещения капилляров вдоль оси коллектора на процесс электропрядения
4.1.5. Влияние растворителей на стабильность процесса 90 электропрядения и характеристики полимерного волокна
4.2. Способ изготовления полимерных композиционных диафрагм 94 методом электропрядения
4.3. Синтез электродов с никелевым композиционным покрытием
4.3.1 Синтез электродов с никелевым композиционным пористым
покрытием
4.3.2. Модифицирование никелевого композиционного покрытия 106 катализатором катодных процессов типа №РХ
4.3.3. Модифицирование никелевого композиционного покрытия 109 катализатором анодных процессов типа шпинели
ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Таблица 1.3 Величины тафелевской кривой для электродов с покрытием
типа шпинель [9]
Материалы электрокатализатора Основа и способ изготовления а, В ь,в
С03О4 Никелевый лист, плазменное напыление 0,305 0,
С03О4 + 5% мол. Бе 0,295 0,
Соз04 + 5% мол.М 0,326 0,
№Со204 0,302 0,
Далее в данный раствор добавляют органическую кислоту (лимонная кислота) и выдерживают в печи до образования геля. Гель наносят на никелевую подложку, которую выдерживают в течение 6 часов при температуре 450°С в печи для удаления органической составляющей. На последнем этапе электрод помещают в муфельную печь на 12 часов при температуре 900°С, на данном этапе происходит формирование состояния и структуры поверхности электрода [61 - 63]. Результатом является электрод с высокоразвитым пористым каталитическим покрытием. Наклон тафелевской кривой составляет Ь = 72 мВ при а = 300 мВ. Основным недостатком покрытий данного типа является сложность их изготовления, т.к. формирование высокоактивного покрытия требуется тонкого соблюдения всех условий синтеза.
Еще одним оксидным покрытием типа перовскита является покрытие Ьат8гпСоОз_х. В процессе создания электрода порошки Ьа20з и БгСОз смешивают в пропорции 4:1 и растворяют в азотной кислоте и перемешивают с нитратами металлов до образования соли в виде твердого осадка. Соль нагревают до температуры 80°С и выдерживают в сушильном шкафу для удаления воды. Далее сухой остаток помещают в тигель и обжигают в муфельной печи при температуре 600°С. В результате образуется порошок Еат8гпСоОз_х. Для нанесения его на подложку электрода использую