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氢能作为二次能源,是一种最理想的无污染的绿色能源。电解水制氢是未来解决世界能源危机的有效途径之一。但目前使用的Fe、Ni电极的析氢过电位较大,而镍合金析氢阴极虽活性较高,析氢过电位可比铁电极下降200-250mV左右,但断电或间歇电解时电极活性将严重衰退。因此,制备长效、高活性析氢阴极材料引起国内外的广泛关注。
针对以上问题,本研究利用Na<,3>AlF<,6>-La<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>系熔盐,采用熔盐电解法,在镍电极上制备LaNi<,5-x>Al<,x>储氢合金,不仅降低电极析氢过电位,同时可以利用该合金吸附的大量氢放电替代电极中催化组分的溶出来解决电极失活问题。
首先,对Na<,3>AlF<,6>-La<,2>O<,3>系熔盐电解制备LaNi<,5>合金进行系统的热力学理论分析,探讨La<,2>O<,3>浓度、温度对分解电压的影响;通过动力学分析电极表面的合金化过程,考察反应物浓度、电极材料等对电解过程的影响。
其次,采用熔盐电解法研究了电解过程中主要工艺参数(电解质浓度、电解电压及电解时间等)对LaNi<,5-x>Al<,x>合金制备的影响。通过扫描电镜(SEM),分析了合金的成分,确定了制备LaNi<,5-x>Al<,x>析氢合金的最佳工艺参数,成功制备出LaNi<,1.3>Al<,3.7>合金,并进行了间歇式电解的探索。
最后,采用循环伏安法、恒电流电解并结合X射线衍射及能谱分析研究了Na<,3>AlF<,6>-La<,2>O<,3>体系熔盐电解制备LaNi<,5>合金的阴极过程。在Na<,3>AlF<,6>-La<,2>O<,3>为电解质中,阴极镍片发生了反应。La<'3+>得到三个电子,还原形成为LaNi合金,即La<'3+>+3e=La(Ni),电解产物可溶,反应可逆;随着LaNi合金化,La的活度降低,析出电位降低, La<'3+>得到三个电子,还原为金属La,电解产物不可溶,反应可逆。在这基础上详细地研究了电解过程中主要工艺参数电流密度及电解时间等对LaNi<,5>合金制备的影响,得出Na<,3>AlF<,6>-La<,2>O<,3>体系熔盐电解制备LaNi<,5>合金La析出电位位约350mV。