高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (7): 1378.doi: 10.7503/cjcu20150012
宋宇琨1,2, 吕洪1,2(), 郝传璞1,2, 米灿根1,3
收稿日期:
2015-01-07
出版日期:
2015-07-10
发布日期:
2015-06-17
作者简介:
联系人简介: 吕 洪, 男, 博士, 副教授, 主要从事先进制氢技术及能源材料研究. E-mail:基金资助:
SONG Yukun1,2, LÜ Hong1,2,*(), HAO Chuanpu1,2, MI Cangen1,3
Received:
2015-01-07
Online:
2015-07-10
Published:
2015-06-17
Contact:
LÜ Hong
E-mail:lvhong@tongji.edu.cn
Supported by:
摘要:
采用亚当斯熔融法(Adams fusion method)在钛网上包覆IrO2催化剂, 并将其用作固体聚合物电解质(SPE)电解器的阳极集电极, 发现其可以显著降低电解过电位. 通过X射线多晶衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析发现, 包裹在钛网上的IrO2催化剂晶粒为2.0~3.0 nm, 结晶度良好; 交流阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)分析结果表明, 改性的钛网集电极层可增加三相反应活性点, 使三相反应通道由催化层延伸到集电极层, 活性催化剂表面积增大, 从而大幅度降低了活化阻抗, 电解性能获得提升. 通过对不同IrO2催化剂负载量改性的钛网进行研究发现, 随着钛网负载IrO2量的增加, 在相同电流密度下, 极化曲线的过电位先减小后增加, 当IrO2负载量为1.38%(质量分数)时, 电解池的过电位最低, 在1 A/cm2电流密度下, 过电位为2.028 V.
中图分类号:
TrendMD:
宋宇琨, 吕洪, 郝传璞, 米灿根. IrO2改性钛网对固体聚合物电解质电解器集电极层电化学性能的影响. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1378.
SONG Yukun, LÜ Hong, HAO Chuanpu, MI Cangen. Effect of IrO2 Modification of Ti Mesh on Electrochemical Performance of Collector Layer for Solid Polymer Electrolyte Electrolyzer†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(7): 1378.
Ti mesh | Mass before modification/mg | Mass after modification/mg | IrO2 loading/mg | IrO2 loading ratio(%) |
---|---|---|---|---|
50 mesh Adams | 80.53 | 81.92 | 1.39 | 1.70 |
100 mesh Adams-1 | 45.98 | 46.19 | 0.21 | 0.45 |
100 mesh Adams-2 | 48.71 | 49.39 | 0.68 | 1.38 |
100 mesh Adams-3 | 47.34 | 48.63 | 1.29 | 2.65 |
Table 1 Modified Ti mesh specimens
Ti mesh | Mass before modification/mg | Mass after modification/mg | IrO2 loading/mg | IrO2 loading ratio(%) |
---|---|---|---|---|
50 mesh Adams | 80.53 | 81.92 | 1.39 | 1.70 |
100 mesh Adams-1 | 45.98 | 46.19 | 0.21 | 0.45 |
100 mesh Adams-2 | 48.71 | 49.39 | 0.68 | 1.38 |
100 mesh Adams-3 | 47.34 | 48.63 | 1.29 | 2.65 |
Fig.2 SEM images of Ti meshes before(A, B) and after(C, D) modification at low(A, C) and high(B, D) magnifications(A), (B) 50 mesh Ti mesh; (C), (D) 50 mesh Adams.
Fig.5 Polarization curves of water electrolyzers employing different anode electrode collector layersa. 50 mesh non-modified; b. 50 mesh Adams; c. 100 mesh Adams-2.
Fig.6 EIS of water electrolyzers employing diffe-rent anode electrode collector layers at 0.05 A/cm2a. 50 mesh non-modified; b. 50 mesh Adams; c. 100 mesh Adams-2.
Fig.7 Repetitive cyclic voltammetry of water electrolyzers employing different anode electrode collector layersa. 50 mesh non-modified; b. 50 mesh Adams; c. 100 mesh Adams-2.
Ti mesh | RΩ/Ω | Rct/Ω |
---|---|---|
50 mesh non-modified | 0.195 | 0.272 |
50 mesh Adams | 0.129 | 0.105 |
100 mesh Adams-2 | 0.186 | 0.102 |
Table 2 Rct and RΩ of water electrolyzers employing different anode electrode collector layers
Ti mesh | RΩ/Ω | Rct/Ω |
---|---|---|
50 mesh non-modified | 0.195 | 0.272 |
50 mesh Adams | 0.129 | 0.105 |
100 mesh Adams-2 | 0.186 | 0.102 |
Ti mesh | RΩ/Ω | Rct/Ω |
---|---|---|
100 mesh Adams-1 | 0.217 | 0.110 |
100 mesh Adams-2 | 0.186 | 0.102 |
100 mesh Adams-3 | 0.211 | 0.098 |
Table 3 Rct and RΩ of water electrolyzers employing modified Ti meshes with different IrO2 loadings
Ti mesh | RΩ/Ω | Rct/Ω |
---|---|---|
100 mesh Adams-1 | 0.217 | 0.110 |
100 mesh Adams-2 | 0.186 | 0.102 |
100 mesh Adams-3 | 0.211 | 0.098 |
Fig.9 Polarization curves of water electrolyzers employing modified Ti meshes with diffe-rent IrO2 loadingsw(IrO2): a. 0.45%(100 mesh Adams-1); b. 1.38%(100 mesh Adams-2); c. 2.65%(100 mesh Adams-3).
Fig.10 EIS of water electrolyzers employing modified Ti meshes with different IrO2 loadings at 0.05 A/cm2w(IrO2): a. 0.45%(100 mesh Adams-1); b. 1.38%(100 mesh Adams-2); c. 2.65%(100 mesh Adams-3).
Fig.11 Repetitive cyclic voltammetry of water electrolyzers employing modified Ti meshes with different catalyst loadingsw(IrO2): a. 1.38%(100 mesh Adams-2); b. 0.45%(100 mesh Adams-1); c. 2.65%(100 mesh Adams-3).
Fig.12 SEM images of 100 mesh Ti meshes with different IrO2 loadingsw(IrO2): a. 0.45%(100 mesh Adams-1); b. 1.38%(100 mesh Adams-2); c. 2.65%(100 mesh Adams-3).
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