Електродні матеріали для водневої енергетики

Abstract

Електроосадження сплавів молібдену, вольфраму і цирконію з кобальтом з білігандних електролітів на імпульсному струмі дозволило отримати композиційні покриття з унікальним поєднанням фізико-хімічних властивостей, недосяжних при використанні інших методів нанесення. Окрім складу отриманих композиційних електролітичних покриттів на каталітичне виділення водню впливають характеристики їх поверхні, зокрема рельєф і морфологія. Дослідження топографії поверхні проводили за допомогою сканівного атомно-силового мікроскопа контактним методом. Порівняно топографію поверхні осаджених покриттів і показано, що найбільш рівномірно розвиненими і мікроглобулярними є композити складу Со-Мо-WOx і Со-Мо-ZrО2. Електролітична реакція виділення водню є багатостадійним процесом, тому для встановлення каталітичної активності композиційних сплавів на основі кобальту необхідно визначити механізм за яким відбувається даний процес. Оцінку електрокаталітичних властивостей композиційних електролітичних покриттів на основі сплавів кобальту різного складу здійснювали на підставі аналізу кінетичних параметрів модельної реакції виділення водню з розчинів електролітів різної кислотності. Визначено постійні Тафеля, коефіцієнти переносу, густину струму обміну для електрохімічного виділення водню на композиційних електролітичних покриттях сплавами кобальту. За величиною струму обміну електрохімічної реакції виділення водню на покриттях Со-Мo-WОх, Со-Мо-ZrО2, Co-W-ZrО2 встановлено їх високу електрокаталітичну активність порівняно із індивідуальними металами і бінарними сплавами. Встановлено, що електровідновлення водню на композиційних сплавах кобальту протікає за механізмом Фольмера-Тафеля з уповільненою стадією рекомбінації. Запропоновано схеми реакцій, за якими протікає відновлення водню, якщо проміжним продуктом загального процесу є гідриди металів.

Электроосаждение сплавов молибдена, вольфрама и циркония с кобальтом из билигандных электролитов на импульсном токе позволило получить композиционные покрытия с уникальным сочетанием физико-химических свойств, недостижимых при использовании других методов нанесения. Кроме состава полученных композиционных электролитических покрытий на каталитическое выделение водорода влияют характеристики их поверхности, в частности рельеф и морфология. Исследование топографии поверхности проводили с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа контактным методом. Сравнением топографии поверхности осажденных покрытий показано, что наиболее равномерно развитыми и микроглобулярными являются композиты состава Со-Мо-WOx и Со-Мо-ZrО2. Электролитическая реакция выделения водорода является многостадийным процессом, поэтому для установления каталитической активности композиционных сплавов на основе кобальта необходимо определить механизм, по которому происходит данный процесс. Оценку электрокаталитических свойств композиционных покрытий на основе сплавов кобальта различного состава проводили на основании анализа кинетических параметров модельной реакции выделения водорода из растворов электролитов различной кислотности. Определены постоянные Тафеля, коэффициенты переноса, плотность тока обмена для реакции электрохимического выделения водорода на композиционных электролитических покрытиях. По величине тока обмена электрохимической реакции выделения водорода на покрытиях Со-Мo-WОх, Со-Мо-ZrО2, Co-WZrО2 установлено их высокую электрокаталитическую активность по сравнению с индивидуальными металлами и бинарными сплавами. Показано, что электровосстановление водорода на композиционных сплавах кобальта протекает по механизму Фольмера-Тафеля с замедленной стадией рекомбинации. Предложены схемы реакций, по которым протекает восстановление водорода, если промежуточным продуктом общего процесса являются гидриды металлов.

The electrodeposition of molybdenum, tungsten and zirconium alloys with cobalt from biligand electrolytes by pulsed-current made it possible to obtain composite coatings with a unique combination of physicochemical properties unattainable when using other application methods. In addition to the composition of the composite electrolytic coatings obtained, the catalytic evolution of hydrogen is influenced by the characteristics of their surface, in particular the relief and morphology. Surface topography was studied using a scanning atomic force microscope by the contact method. Comparison of the deposited coatings surface topography shows that the most uniformly developed and microglobular are composites of the composition Co-Mo-WOx and Co-Mo-ZrO2. The electrolytic reaction of hydrogen evolution is a multi-stage process, so to determine the catalytic activity of cobalt-based composite coatings, it is necessary to determine the mechanism by which this process occurs. The evaluation of the electrocatalytic properties of composite coatings based on cobalt alloys of different composition was performed on the basis of the analysis of kinetic parameters of the model reaction of hydrogen evolution from electrolytes of different acidity. Tafel constants, transfer coefficients, exchange current density for the electrochemical hydrogen evolution reaction on composite electrolytic coatings was determined. According to the magnitude of the exchange current of the electrochemical reaction of hydrogen evolution on the Co-Mo-WOx, Co-Mo-ZrO2, Co-W-ZrO2 coatings, their high electrocatalytic activity compared to individual metals and binary alloys was established. It is shown that the electro-reduction of hydrogen on composite cobalt alloys proceeds by the Volmer-Tafel mechanism with a slow recombination stage. Schemes of the reactions by which the reduction of hydrogen proceeds, if the intermediate of the common process are metal hydrides, are proposed.