宁波资料技能与工程研讨所陈亮研讨员、陆之毅研讨员与上海交通大学蒋昆副教授协作,针对碱性海水电解制氢过程中氯离子对阳极的腐蚀问题,提出了电解液防腐蚀的概念。经过在电解液参加硫酸盐,打乱电极外表吸附的阴离子,使硫酸根离子优先吸附在电极外表,以此对溶液中氯离子发生排挤效果,从而起到推迟氯离子对阳极腐蚀、提高海水电解制氢过程中阳极安稳性的效果。
化石燃料的过度挖掘和运用现已形成了严峻的环境和动力问题,寻觅清洁高效的新动力代替化石燃料火烧眉毛。氢能作为一种清洁高效的可再次出产的动力,有望成为替代传统化石动力的新动力。海水电解制氢避免了传统水电解制氢对水纯度的要求,以海水为质料进行产氢。可是海水中存在的很多氯离子会形成阳极资料的严峻腐蚀,形成电极损坏、电压过高。怎么推迟氯离子对阳极资料的腐蚀问题是海水电解制氢过程中要处理的要点问题。
针对海水电解制氢过程中氯离子对阳极的腐蚀问题,研讨人员给出了一种简略有用的处理办法:在电解液参加硫酸盐,从头调控电解液中的离子配比,使得在电场效果下,使硫酸根离子优先吸附在阳极外表,从而对电解液中的氯离子发生排挤效果,起到推迟氯离子对阳极腐蚀、提高海水电解制氢过程中阳极安稳性的效果。
团队提出了电解液防腐蚀的概念后,首先以泡沫镍(NF)为研讨目标,观察到硫酸根的参加的确能够有用提高其反抗腐蚀才能,延伸其在海水电解制氢中的安稳性。电解液中硫酸根的参加提高了NF在电解液中腐蚀电压和传质电阻,降低了腐蚀电流,提高了NF的防腐蚀功能。
为探究其防腐蚀机理,研讨人员用经典的分子动力学模仿标明,电解液中的硫酸根阴离子能够优先吸附在阳极标明发生负电荷层,经过静电斥力排挤氯离子远离阳极外表,从而到达推迟氯离子腐蚀阳极的效果。一起,引进硫酸根后,1 nm内OH-的量并没有太大的改变,标明阳极的OER活性不会遭到增加的SO42-的影响。一起,研讨人员使用电化学原位外表增强红外吸收光谱和外表增强拉曼光谱研讨了硫酸根在电极外表的吸附行为。在正电位扫描中观察到1102 cm-1的吸收带,该吸收带归因于硫酸根在镍外表的对称拉伸。此外,跟着电势的增加,该s(S-O)带呈现了红移,在1.3 V以上的正电势区域,因为OER过程中外表含氧物种的竞赛吸附,带强度敏捷下降。一起,在外表增强拉曼光谱中981 cm-1处也观察到吸附硫酸盐的对称S-O弹性带。电化学原位表征证明了硫酸根在阳极外表的吸附。理论模仿和电化学原位测验的成果都验证了硫酸根在防氯腐蚀方面的优势和效果。
进一步,为了研讨该办法的普适性,研讨人员以惯例析氧催化剂镍铁水滑石阵列(NiFe-LDH/NF)作为阳极进行碱性海水电解制氢测验。试验成果证明,在增加硫酸根的电解质中,NiFe-LDH/NF阳极在模仿海水和线电流密度下的安稳时长别离长达1000小时和500小时,是未增加硫酸根的传统电解质中安稳时长的近5倍。