Електродні процеси на сплавах та сполуках ванадію в водневій енергетиці

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертація присвячена розробці технологічного процесу виробництва водню з використанням нових електродних матеріалів на основі ванадієвих сплавів і алюмінієвих сплавів. Матеріал електрода на основі ванадію виключає утворення феритів при лужному електролізі. Алюмінієві сплави виключають виділення кисню на анодах через корозійний процес з деполяризацією водню. Тому на обох електродах можна виділяти водень на електролізерах без мембрани при електролізі лужної води. Досліджені основні показники анодних процесів на сплаві алюмінію АМЦ в лужних розчинах з домішками хлоридів. В інтервалах густин струму 1-5 А/дм² та температурах 18-20 ⁰С розчинення сплаву забезпечується негативними потенціалами. При збільшенні швидкості розчинення в умовах анодної поляризації потенціал аноду зміщується в позитивну область на 150-200 мВ. Керування гальваностатичним режимом електролізу в досліджуваних розчинах дозволяє збільшити швидкість виділення водню при розчиненні сплаву за рахунок прискорення дифузійних процесів в анодному просторі та забезпечення відведення продуктів електролізу в прианодному шарі. Визначено кінетичні залежності і механізми виділення водню на алюмінієвих сплавах, що призводить до зменшення перенапруги реакції виділення водню на катодах і утворення водню на анодах шляхом розчинення алюмінію. Наведено дослідно-промислові випробування безкисневого електросинтезу на вдосконалених електролізерах при напругах електролізу 0,3-1 В. Це дозволяє знизити матеріальні та енергетичні витрати на електроліз.Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.17.03 – Technical Electrochemistry. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2018. The thesis deals with the development of the technological process of hydrogen production using new electrode materials based on vanadium alloys and aluminum alloys. The vanadium based electrode material exclude the formation of ferrites in alkaline electrolysis. Aluminum alloys exclude the oxygen evolution on the anodes due to the corrosion process with hydrogen depolarization. Therefore it is possible to produce hydrogen on both electrodes in electrolyzers without membrane in alkaline water electrolysis. The kinetic dependences and mechanisms of hydrogen evolution on aluminum alloys have been determined, which leads to the reduce of overvoltage of hydrogen evolution reaction on cathodes and produce hydrogen on anodes by aluminum dissolving. Experimental-industrial tests of oxygen-free hydrogen production in developed electrolyzers at cell voltages of 0.3-1 V are presented. This allows to reduce the material and energy costs of electrolysis.