电化学方法分解液氨制氢的研究
发布时间：2020-08-09 02:11
【摘要】：随着能源与环境问题的日益突出,开发可持续的替代能源迫在眉睫。氢作为一种清洁能源载体备受关注,然而氢能的开发利用必须首先解决氢的来源问题。氨是理想的氢载体,其含氢质量分数高达17.65 wt%。常温加压便可转化为液态,相比于氢气更易于储存和运输,且氨的合成、运输技术及其基础设施也十分成熟。由氨所得氢气中不含有导致燃料电池电极催化剂中毒的COx,并且氨可直接用做燃料电池原料。本质上,氨经济能实现与氢经济相同的效益。本论文立足于电化学分解无水无氧液氨制备氢气,通过建立科学、合理的电解实验及分析体系,选择安全、廉价的电解质,优化电极催化剂材料,探究实现高效电解液氨制氢的可行性。主要研究内容如下：1.三电极液氨电解池及测试分析系统的建立立足于前人的研究,我们设计并订制了三电极体系液氨电解池,且对电解池内衬材料和参比电极进行了筛选。整个实验装置由三部分组成,分别是气路系统、电解实验系统以及定性、定量分析系统。借助于真空气路系统实现液氨的传导；借助于电化学工作站获得各种稳态和暂态电化学参数；借助于气相色谱仪对电解气体产物进行分析,通过对色谱柱的筛选、柱温及载气流速的调控实现产物的最优化分析。利用保留时间进行定性分析,利用外标法绘制标准气体吸附峰面积与气体分压关系曲线进行定量分析,从而实现科学、合理的电解液氨实验与分析系统。2.钱盐支持电解质对电解液氨制氢效率的影响氨可自解离出显酸性的NH4+和显碱性的NH2-。我们针对碱金属氨基化合物(KNH2、 NaNH2)、铵盐(NH4I,NH4Br, NH4CI, NH4NO3)以及显中性的钾盐(KPF6)各类支持电解质在液氨中的电化学行为进行了系统研究,结果表明,不同环境下电解液氨过程具有不同的反应机理,并且在293 K,使用光亮的铂片电极电解液氨的最小分解电势为1.3 V；相比于KNH2、NaNH2及KPF6,含有NH4+离子的电解质在提高电流密度及降低体系内阻方面具有更为显著的效果。以1M铵盐(如NH4Br, NH4NO3或NH4Cl)作为支持电解质,在120mA/cm2电流密度下恒电流电解3 h,可以获得0.7～0.8 mL/min的平均放氢速率以及80%的电流效率。3.贵金属催化剂对电解液氨体系电极活性的影响为了降低电极过电位,我们运用电化学沉积法,以光亮铂片作为基底电极,制备了单金属催化剂(Pt black、Rh)、双金属催化剂(Rh-Pt(Rh:Pt=1:7,1:1,5:1)或Pt-Ir)以及三金属催化剂(Rh-Pt-Ir)作为液氨体系阳极催化剂,以NH4CI做为支持电解质,结合循环伏安曲线、电化学活性表面积分析以及稳态极化曲线等对催化剂性能进行分析,探讨各类型催化剂对电解液氨体系电极活性和电化学稳定性能的影响。研究表明,通过对电极催化剂材料的选择以及比例的优化,可显著增加其电活性表面积,有助于降低液氨电解体系电极过电位及能量损耗,减小电极失活,保持电极良好的电化学稳定性。三金属催化剂电极(Rh-Pt-Ir)效果最为显著,表现出最低的液氨最小分解电势(0.47 V)以及最高的电流密度(46.9 mA/cm2,2.0 V),相比于以Pt片做阳极,液氨最小分解电压降低了2/3,相同电压下电流密度增加了2倍；在1 mA/cm2电流密度下其电极电位(0.22 V)仅为未负载铂片基底电极的1/3,并在各电流密度下均有着最低的电极电位以及最好的电化学稳定性,金属间表现出良好协同作用,展现出最佳的电催化活性。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;O646
【图文】：
液氨与液氧是火箭发动机最早使用的燃料。氨能发电方面，因其具有效率高、逡逑能量密度大、反应《件温和及清洁环保等优点而受到人们的广泛关注ＵＷ，氨气邑广泛应用逡逑于燃料电池设备。图１－１为氨能与电能转化利用过程［１１１。逡逑、趴？，＇’；ｒ逦Ｅｋｃｔｒ由了衍ｎｓｍＵｓｉｏｎａｎｄ邋Ｄｂｔｒ屯川ｉｏ。逡逑静＇ｓｇｇａｉ—：．ｇｇ邋亡ｍａａｍｎｉＭｉ——＾邋＊＊＾＂１逦髓弦_┧洛巍义希桑蹋闣」逦ｉ邋＾邋ｊ邋Ｌ邋」逡逑Ｃｅｎｔｒａ！逦Ｘ邋ＤＨｔｒｉｉｗｔｅｄ邋ｌｉｅｃｔｒｏｆｙｓｉｓ逡逑扣ｙｓｉｓ逦Ｔ逦｛Ｂｅｃｔｒｌｃｉｔｙ；逦＾邋ｆ逡逑一一——＾ｓ邋／逦Ｄｅｃｔｒｏｌｙｒ巧娘挪焌’}0一逦逦逦、逡逑学邋厂逦ｆ＞逡逑Ｔｆｕｃｋ邋巧ｐｅｌｉｎｅ逦－邋＊邋．－？、。＇二…a傚迩擅绻义希Ｈュ澹樱绣危欤椋殄义希体五五五五澹巍危浚危龋铮恚邋义希龋洌颍铮纾澹铄澹疲椋欤椋椋睿珏迩撸簦椋铮铄危遥澹妫酰澹欤椋睿珏澹樱簦幔簦椋铮铄义贤迹保卑蹦苡氲缒芟嗷プ霉蹋族义习蹦鼙蝗衔腔茉聪蚩稍偕茉垂傻闹匾攘海鞘迪帜茉纯沙中└⒀峰义侠玫闹匾靥逯诲澹郏保玻荨Ｈ欢蹦艿目⒗弥饕婕暗桨钡闹票浮⒋⒋妗⑹湓思坝﹀义嫌盟牟糠郑钡闹迫『痛⒋媸前蹦芄婺；τ帽匦虢饩隽酱蠊丶际酰郏鳌ｅ义
本文编号：2786438
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;O646
【图文】：
液氨与液氧是火箭发动机最早使用的燃料。氨能发电方面，因其具有效率高、逡逑能量密度大、反应《件温和及清洁环保等优点而受到人们的广泛关注ＵＷ，氨气邑广泛应用逡逑于燃料电池设备。图１－１为氨能与电能转化利用过程［１１１。逡逑、趴？，＇’；ｒ逦Ｅｋｃｔｒ由了衍ｎｓｍＵｓｉｏｎａｎｄ邋Ｄｂｔｒ屯川ｉｏ。逡逑静＇ｓｇｇａｉ—：．ｇｇ邋亡ｍａａｍｎｉＭｉ——＾邋＊＊＾＂１逦髓弦_┧洛巍义希桑蹋闣」逦ｉ邋＾邋ｊ邋Ｌ邋」逡逑Ｃｅｎｔｒａ！逦Ｘ邋ＤＨｔｒｉｉｗｔｅｄ邋ｌｉｅｃｔｒｏｆｙｓｉｓ逡逑扣ｙｓｉｓ逦Ｔ逦｛Ｂｅｃｔｒｌｃｉｔｙ；逦＾邋ｆ逡逑一一——＾ｓ邋／逦Ｄｅｃｔｒｏｌｙｒ巧娘挪焌’}0一逦逦逦、逡逑学邋厂逦ｆ＞逡逑Ｔｆｕｃｋ邋巧ｐｅｌｉｎｅ逦－邋＊邋．－？、。＇二…a傚迩擅绻义希Ｈュ澹樱绣危欤椋殄义希体五五五五澹巍危浚危龋铮恚邋义希龋洌颍铮纾澹铄澹疲椋欤椋椋睿珏迩撸簦椋铮铄危遥澹妫酰澹欤椋睿珏澹樱簦幔簦椋铮铄义贤迹保卑蹦苡氲缒芟嗷プ霉蹋族义习蹦鼙蝗衔腔茉聪蚩稍偕茉垂傻闹匾攘海鞘迪帜茉纯沙中└⒀峰义侠玫闹匾靥逯诲澹郏保玻荨Ｈ欢蹦艿目⒗弥饕婕暗桨钡闹票浮⒋⒋妗⑹湓思坝﹀义嫌盟牟糠郑钡闹迫『痛⒋媸前蹦芄婺；τ帽匦虢饩隽酱蠊丶际酰郏鳌ｅ义
本文编号：2786438
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