【摘 要】
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在中长期的载人航天任务中,维持生命活动所必需氧气、水等物资无法进行地面补充且携带量有限,因此需要发展高度闭环的生命保障系统。静态供水水电解技术作为生命保障系统中的一环,为宇航员提供氧气。本论文以搭建静态供水水电解中试装置为目标,进行了电极制备、膜选材、核心部件集成及装置性能测试等工作。采用电镀法、水热法等方法成功制备多孔镍铁合金电极、NiFeLDH/Ni电极、镍钼合金电极、碳载铂@多孔镍电极等多种
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在中长期的载人航天任务中,维持生命活动所必需氧气、水等物资无法进行地面补充且携带量有限,因此需要发展高度闭环的生命保障系统。静态供水水电解技术作为生命保障系统中的一环,为宇航员提供氧气。本论文以搭建静态供水水电解中试装置为目标,进行了电极制备、膜选材、核心部件集成及装置性能测试等工作。采用电镀法、水热法等方法成功制备多孔镍铁合金电极、NiFeLDH/Ni电极、镍钼合金电极、碳载铂@多孔镍电极等多种电极材料。使用XRD、扫描电镜、电化学工作站等设备对其组成、形貌、催化性能进行了详细表征。结果表明,多孔镍铁合金电极和碳载铂@多孔镍电极具有丰富的多级结构和较大的比表面积,能够较好的适应静态供水水电解工作环境。同时,多孔镍铁合金电极在碱性条件下表现出优异的析氧反应催化性能,其10 mA/cm~2的过电位仅为210mV,Tafel斜率仅为35 mV/dec。碳载铂@多孔镍铁合金电极在碱性下表现出优异的析氢反应催化性能,其10 mA/cm~2的过电位仅为18 mV,Tafel斜率仅为21mV/dec。此外,两电极还具有优异的稳定性,在工业电解水条件（60℃、30wt%KOH溶液）下,电极运行稳定,未见性能衰减。通过增大溶液粘度、降低离子迁移速率的方法成功将电极放大。放大后电极较好的保持了放大前电极的多级结构和催化活性。对比分析了膜材料的相关数据,最终选择了聚偏氟乙烯膜和聚苯硫醚膜分别作为静态供水水电解装置的疏水多孔膜和隔膜。成功组装静态供水水电解装置,并对其性能进行测试。结果表明,静态供水水电解装置性能良好,运行稳定。在80℃时,产生150 mA/cm~2的电流密度,电解池槽压仅为1.65 V。通过静态供水水电解装置制备的氢气和氧气纯度较高,均大于99.5 vol%。
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