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随着煤炭、石油、天然气等化石燃料的日益减少以及使用化石燃料带来的环境污染等问题,氢能源以其节能、高效、环保和可再生等优点越来越成为人们研究的重点。工业上大都采用碱性水电解的方法大规模制氢,由于析氢过电位较高,导致能耗和成本较高,因此需要研制具有低析氢过电位的电极材料。本实验室设计并建立了大型电极生产车间,采用氨水-钼酸钠工艺生产泡沫镍/Ni-Mo合金,此合金的析氢过电位较低。由于氨水-钼酸钠工艺中氨水使用量较大,氨水易挥发需要维持镀液pH值以保持生产工艺稳定,且挥发的氨气污染生产场所的空气,用物质C工艺制备泡沫镍/Ni-Mo合金层的结合力较差,本文主要针对这两种制备泡沫镍/Ni-Mo合金的工艺进行改进。研究了氨水-物质A工艺制备泡沫镍/Ni-Mo合金。通过正交试验以及单因素试验得到了制备泡沫镍/Ni-Mo合金的最佳工艺配方为NiSO4·6H2O 60g/L,Na3Cit·2H2O 120g/L,物质A 6g/L,NaCl 10g/L,添加剂B 0.6g/L,NH3·H2O 20mL/L,pH8.12,温度25℃,电流密度85mA/cm2,时间30min,中速搅拌。测量了泡沫镍/Ni-Mo合金在25℃、30wt%KOH溶液中的阴极极化曲线,得到塔菲尔常数a为336mV,交换电流密度为30.9mA/cm2,在200mA/cm2电流密度时的析氢过电位为207mV。采用阴极电解法考察了泡沫镍/Ni-Mo合金在90℃、30wt%KOH溶液中的结合力,合金质量损失少,镀层的结合力较好。用扫描电子显微镜观察了泡沫镍/Ni-Mo合金镀层表观形貌,放大500倍表面无开裂、起皮情况,放大5000倍表面无明显裂纹。能谱仪检测结果表明泡沫镍/Ni-Mo合金层的原子组成为Ni87.1Mo12.9。进一步研究了物质C工艺制备泡沫镍/Ni-Mo合金。综合考虑合金的析氢活性和镀层的结合力,在实验小组原有工艺基础上进行优化。通过降低电流密度和钼酸钠浓度得到了制备泡沫镍/Ni-Mo合金的最佳工艺配方为NiSO4·6H2O 105g/L,Na3Cit·2H2O 110g/L,Na2MoO4·2H2O 25g/L,NaCl 10g/L,添加剂B 0.4g/L,物质C 31mL/L,pH9,温度35℃,电流密度105mA/cm2,时间30min,中速搅拌。测量了泡沫镍/Ni-Mo合金在25℃、30wt%KOH溶液中的阴极极化曲线,得到塔菲尔常数a为430.4mV,交换电流密度为33.2mA/cm2,在200mA/cm2电流密度时的析氢过电位为201mV。采用阴极电解法考察了泡沫镍/Ni-Mo合金在90℃、30wt%KOH溶液中的结合力,合金镀层结合力较工艺优化前有一定提高。用扫描电子显微镜观察了泡沫镍/Ni-Mo合金镀层表观形貌,放大500倍表面无起皮、开裂情况,放大3000倍表面有少数细小裂纹。能谱仪检测结果表明泡沫镍/Ni-Mo合金层的原子组成为Ni89.0Mo11.0。对氨水-物质A工艺和物质C优化工艺进行了中试试验。采用这两种工艺分别制备了12cm×12cm的泡沫镍/Ni-Mo合金,用压滤式电解槽考察其综合性能,将90℃、30wt%KOH溶液作为电解液,电流密度400mA/cm2,压强0.6MPa。用氨水-物质A工艺连续制备了8个样品,第1、2个样品面密度较低不符合要求,选用第3-8个样品表观呈均匀黑色、面密度400450g/m2的样品进行考核。用物质C优化工艺连续制备了12个样品,第1-3个样品面密度较低、第4、5个样品颜色不均匀、第12个样品面密度较高均不符合要求,选用第6-11个表观呈均匀黑色、面密度460490g/m2的样品进行考核。电解槽实验考核结果表明,氨水-物质A工艺制备的泡沫镍/Ni-Mo合金平均小室槽压比氨水-钼酸钠工艺高约2mV,合金镀层的结合力均较好。物质C优化工艺制备的泡沫镍/Ni-Mo合金平均小室槽压比氨水-物质A工艺低约40mV,但镀层的结合力较差。采用氨水-物质A工艺的镀液稳定,制备的泡沫镍/Ni-Mo合金结合力较好,且大大减少氨水用量,改善了生产场所的空气质量。