杂质离子对固体聚合物电解质水电解槽性能的影响

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1、第５６卷第５期化工学报Ｖｏｌ．５６Ｎｏ．５２００５年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｃｈｉｎａ）Ｍａｙ２００５檭殐檭檭檭檭殐檭檭研究论文檭杂质离子对固体聚合物电解质檭殐檭檭檭檭殐檭水电解槽性能的影响董志武，周元全（武汉大学化学与分子科学学院，湖北武汉４３００７２）摘要：研究了Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等杂质离子对固体聚合物水电解槽性能的影响．在电解槽阳极室中分别加入这些杂质离子的硫酸盐，分析槽电压、阳极和阴极电势随时间的变化关系．结果显示杂质离子对电解槽有极大的损害．槽电压的迅速

2、上升主要是由于阴极超电势的增加而造成．其原因是Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋在阴极催化剂与２＋、Ｍｇ２＋则形成一层导电性差的氢Ｎａｆｉｏｎ膜的界面上沉积为金属，覆盖阴极催化剂，减小了反应活性位；而Ｃａ氧化物膜，不但覆盖催化剂，减小了反应活性位，而且增加了阴极催化剂与Ｎａｆｉｏｎ膜界面的接触电阻，导致阴极超电势的迅速增高．关键词：杂质离子；固体聚合物电解质；水电解；槽电压中图分类号：Ｏ６４６文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２００５）０５－０９００－０４犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犻犿狆狌狉犲犻狅狀狊狅狀狆犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲狅犳狊狅犾犻犱狆狅犾狔犿犲

3、狉犲犾犲犮狋狉狅犾狔狋犲狑犪狋犲狉犲犾犲犮狋狉狅犾狔狊犲狉犇犗犖犌犣犺犻狑狌，犣犎犗犝犢狌犪狀狇狌犪狀（犆狅犾犾犲犵犲狅犳犆犺犲犿犻狊狋狉狔犪狀犱犕狅犾犲犮狌犾犪狉犛犮犻犲狀犮犲狊，犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犠狌犺犪狀４３００７２，犎狌犫犲犻，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｉｍｐｕｒｅｉｏｎｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｏｌｉｄｐｏｌｙｍｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｗａｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ（ＳＰＥＷＥ）ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｗｈｉｌｅｉｍｐｕｒｅｉｏｎｓｗｅｒｅａｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅａｎｏ

4、ｄｅｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅＳＰＥＷＥ，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｃｅｌｌｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｏｄｅａｎｄｃａｔｈｏｄｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｔｉｍｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｅｉｍｐｕｒｅｉｏｎｓｄｉｄｇｒｅａｔｈａｒｍｔｏｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＳＰＥＷＥ．Ｔｈｅ２＋，Ｃｕ２＋ｒａｐｉｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｅｌｌｖｏｌｔａｇｅｗａｓｍａｉｎｌｙｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃａｔｈｏｄｉ

5、ｃｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ．ＮｉｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｃａｔａｌｙｔｉｃｌａｙｅｒａｎｄＮａｆｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅ，ａｎｄｃｏｖｅｒｅｄ２＋，Ｍｇ２＋ｃａｔｈｏｄｉｃｃａｔａｌｙｓｔｓａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｒｅａｃｔｉｏｎａｃｔｉｖｅｓｉｔｅｓ．Ｃａｆｏｒｍｅｄａｌａｙｅｒｏｆｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｗｈｉｃｈｈａｄｓｏｂａｄｅｌｅｃｔｒｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｔｈａｔｉｔｎｏｔｏｎｌｙｃｏｖｅｒｅｄｃａｔｈｏｄｉｃｃａｔａｌｙｓｔｓｂｕｔａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎ

6、ｔｅｒｆａｃｅｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｒａｐｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃａｔｈｏｄｉｃｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｉｍｐｕｒｅｉｏｎｓ；ｓｏｌｉｄｐｏｌｙｍｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ；ｗａｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ；ｃｅｌｌｖｏｌｔａｇｅ好的安全性和易操作性；（２）有较高的电流效率，引言且电流密度高；（３）固体聚合物电解质膜，如Ｎａ固体聚合物电解质水电解（ＳＰＥＷＥ）技术有ｆｉｏｎ，可以在无损害的情况下承受高压，且可以有［１］近４０年的历史．相对于传统的碱水电解而言，效地防止氢气和氧气的混合

7、，而且电解产物高纯ＳＰＥＷＥ技术有如下的优点：（１）无碱电解，有良氢高纯氧的应用范围极其广泛．２００４－１１－１８收到初稿，２００５－０２－０２收到修改稿．犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００４－１１－１８．联系人：周元全．第一作者：董志武（１９７５—），男，硕士研犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：ＺＨＯＵＹｕａｎｑｕａｎ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．究生．犈－犿犪犻犾：ａｎｄｙｄｏｎｇ＠ｅｙｏｕ．ｃｏｍ第５期董志武等：杂质离子对固体聚合物电解质水电解槽性能的影响·９０１·１９６６年，美国的通用电器（ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ

8、）公司最先将聚合物膜作为电解质应用于航天领［２］域．日本的ＷＥＮＥＴ（ｗｏｒｌｄｅｎｅｒｇｙｎｅｔｗｏｒｋ）［３～５］项目对ＳＰＥＷＥ技术做了大量的研究．瑞士［６