IrO2改性钛网的优点
随着世界能源问题的日益突出,氢能因具有清洁、高效、稳定等特点而受到了高度关注.氢能属于二次能源,能够用作风能、太阳能等传统新能源的存储介质,有效地将这些不稳定的能源转化的电能存储起来,再集中转化为电能并入电网.氢能有效运用的关键是如何解决其它能源与氢能高效转化的问题.当前制备氢气的方法主要有重整制氢、光解制氢、生物分解制氢和电解水制氢等, 其中电解水制氢以其工艺纯熟、安全稳定、氢气纯度高等优势而备受青睐.电解水制氢工艺中,基于燃料电池技术发展而来的固体聚合物电解质(SPE)水电解制氢技术逐步走向成熟.在电解反应中,阴极的析氢反应(HER)动力学极其迅速,而阳析氧反应(OER)的完成因需要经过多个独立的步骤以及显著地分子重构,反应动力学过程缓慢而复杂.根据Butler-Volmer 方程,电化学反应过程中的缓慢反应动力学过程将导致严重的极化损失,因此,电解池的阳极性能成为影响整体电解性能的关键.目前普遍使用的阳极集电极材料为钛网或多孔钛板.作为阳极集电极层,能否与催化层有效接触将会严重影响到阳极接触阻抗和电极的有效三相反应界面;同时,阳极电解过程中所产生的强氧化、高电位环境会使电极受到腐蚀,最终导致电解池性能的衰减.如何有效改进阳极集电极,提升集电极和催化层之间的传质性能,同时提高钛网材料的适应性及耐久性, 成为SPE 电解池性能提升的关键.对阳极集电极进行表面改性是一种行之有效的改进方法.通过在钛网表面附着耐氧化、电导率高的金属氧化物(如IrO2)保护层可以有效防止钛网形成氧化层,同时也能有效将三相反应界面从催化层扩展至集电极层,有助于提高催化效率.蒋钜明等采用热分解法将IrO2附着于钛网电极表面以达到改性的效果,但反复浸渍烧结的过程较为繁琐,且烧结过程不易控制,容易使钛网产生氧化.亚当斯熔融法 是制备阳极催化剂IrO2 的常规方法,通过将先驱体氯铱酸与硝酸钠充分混合后烧结,能够获得高纯度的纳米级IrO2催化剂.本文采用亚当斯熔融法对阳极集电极钛网进行表面处理,使钛网表面附着IrO2,从而拓展催化层的三相反应界面,提高催化层和集电极之间的电荷传递效率.同时,所包裹的IrO2 对钛网具有一定的保护作用.此方法有效地将钛网改性和催化剂制备有机融合在一起,不仅简化了钛网表面处理的工艺流程,而且可以同时获得改性钛网和阳极催化剂.