气体扩散电极的寿命评价及其失效机制研究

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离子膜法氯碱工业中用气体扩散电极替代原有的活性阴极析氢,可节省能源达30%以上。气体扩散电极是该技术装置中的核心部件,电极耐久性耐久性是该技术推广应用的关键问题之一。在短期评价出电极的运行寿命同时揭示出其失效机理对延长气体扩散电极使用寿命、降低生产成本、保证电解装置安全运行等具有重要意义。本次论文主要通过模拟电极在氯碱工业中的应用条件进行加速试验对气体扩散电极在短期内进行评价并总结失效机制。参照电极在实际中的运行条件通过提出高电流密度、降低氧气浓度来加速电极破坏。根据气体扩散电极在氧气浓度加速破坏条件下运行时间的对数与其初始电位的直线关系预测出气体扩散电极的运行寿命可达5.1年。同时,根据气体扩散电极在工业化氯碱电解槽中长时间运行后推测其寿命同样可达5.1年。对加速试验后的气体扩散电极进行包括物理、化学性能测试分析。极化曲线与交流阻抗谱表明加速实验过程中气体扩散电极的电化学反应动力学阻力增大,过电位升高。XPS测试表明电极表面的O/C比例上升,由红外光谱观测到电极表面有含氧官能团的生成。由XRD、SEM和接触角测试观察到电极表面的银粒子团聚以及电极疏水性能下降。压求测试表明加速实验后的气体扩散电极中的次生孔减少,次生孔孔隙率以及其占总孔体积的百分比和气体渗透率系数降低。综合气体扩散电极的测试结果表明其失效机制主要为高过电位下运行的气体扩散电极产生的过氧化氢副产物使电极表面碳被氧化或者腐蚀、电极中Ag粒子团聚,造成气体扩散电极整体疏水性能下降和孔道结构层有部分破坏等等结果导致电极中三相界面淹没、薄液膜分布不均,使电极电催化性能下降。
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