Energy Conversion and Management 49 (2008) 2440–2446

Jan M. Skowroński, Piotr Krawczyk, Tomasz Rozmanowski, Jan

Urbaniak

Autor: Aneta Radziejewska

Wstęp

Wodór jako materiał paliwowy

Wodór znalazł szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach

przemysłu między innymi jako paliwo pojazdów mechanicznych.

Wiąże się z tym problem przechowywania go, dlatego w ostatnich

latach skupiono się na sposobach jego magazynowania.

Dotychczasowe metody magazynowania opierają się na użyciu

wysokiego ciśnienia i zamknięciu gazu w metalowych butlach.

Nowe techniki magazynowania wodoru związane są z procesami

absorpcji fizycznej, chemicznej oraz elektrochemicznej bez udziału

ciśnienia.

2

Wstęp

Elektrochemiczna sorpcja wodoru

Metoda ta pozwala na zaabsorbowanie wodoru w procesach

elektrochemicznych bez użycia wysokiego ciśnienia w elektrodzie

badanej w warunkach otoczenia. Zdolności magazynowania

wodoru uzależnione są od właściwości elektrody badanej –

porowatość, skład chemiczny, właściwości katalityczne w reakcji

sorpcji wodoru. Specjalną grupą materiałów do tego typu

magazynowania są różne formy węgla: węgle aktywne,

nanowłókna węglowe, nanorurki węglowe. W celu zwiększenia

aktywności węgla dodaje się metale przejściowe (Ni, Pt, Pd) i stopy

między metaliczne.

3

Wstęp

Materiał węglowy i jego modyfikacja

W celu wzbogacenia grafitu przeprowadza się proces interkalacji i

eksfoliacji.

Pierwszy

proces

prowadzi

do

wprowadzenia

odpowiedniego interkalatu pomiędzy warstwy grafenowe i

wytworzenie związku interkalacyjnego. Natomiast w drugim

procesie dochodzi do uwolnienia interkalatu całkowicie (EZG) lub

częściowo (EIZG), a struktura grafitu zostaje zmieniona –

pofałdowane płytki o rozdartych krawędziach. Eksfoliacje

przeprowadza się następującymi metodami:
 termiczna,
 chemiczna,
 elektrochemiczna.

4

Cel pracy

Zbadanie elektrochemicznych właściwości elektrod z materiałem:

 IZG z NiCl

2

,

 EIZG z NiCl

2

,

przed i po potencjostatycznej elektrosorpcji wodoru.

5

Część doświadczalna

Aparatura i substraty:

 materiał badany: NiCl

2

– IZG, NiCl

2

– EIZG

 kolektor prądowy: Au
 elektroda odniesienia: Hg\HgO\6M KOH
 elektroda przeciwna: Pt

Warunki prowadzenia procesu:
 granice potencjałów : -1,2 V 0,0 V
 szybkość skanowania: 10 mV/s
 sorpcja wodoru przy potencjale -1,2 V: 12 cykl – 1 h, 18 cykl – 2

h, 22 cykl – 15 h

6

Wyniki i ich omówienie

7

Fig 1. SEM micrographs for NiCl

2

–GIC (a) and NiCl

2

–

EGIC (b).

Wyniki i ich omówienie

8

Fig 2. Cyclic voltammograms recorded for NiCl2–GIC in the
potential range of - 1.20.0 V. (—) cycle 1, (- - -) cycle 2,

(- .-) cycle 3, ( … ) Au.

Wyniki i ich omówienie

9

Fig 3. Cyclic voltammograms recorded for NiCl2–GIC in the
potential range of - 1.20.0 V. (—) cycle 11, (- - -) cycle 12

(including potentiostatic saturation of electrodewith hydrogen
for 1 h), (-. -) cycle 18 (2 h), ( … ) cycle 22 (15 h).

Wyniki i ich omówienie

10

Fig 4. Cyclic voltammograms recorded for NiCl2–EGIC in the
potential range of 1.20.0 V. (—) cycle 1, (- - -) cycle 2, (- .-)

cycle 3.

Wyniki i ich omówienie

11

Fig 5. Cyclic voltammograms recorded for NiCl2–EGIC in the
potential range of 1.20.0 V. (—) cycle 11, (- - -) cycle 12

(including potentiostatic saturation of electrode with hydrogen
for 1 h), (- .-) cycle 18 (2 h), ( … ) cycle 22 (15 h).

Wnioski

12

 Zaobserwowane na wykresach katodowy pik przy potencjale ok

-0,8V podczas skanowania w kierunku ujemnych potencjałów i

pik anodowy przy -0,6V podczas skanowania w kierunku

potencjału dodatniego odpowiadają powstaniu metalicznego Ni

i utleniania Ni do Ni(OH)

2

 Zatrzymanie skanowania w dolnej granicy przez pewien czas

spowodowało wyraźny wzrost pików anodowych oraz powstanie

serii małych pików pojawiających sie przy bardziej dodatnich

potencjałach

 Nadwyżka ładunku mierzonego podczas anodowego skanowania

po potencjostatycznym zatrzymaniu połączona jest z reakcja

utleniania wodoru przechowywanego w elektrodzie zwierającej

elektrochemicznie aktywny nikiel wytworzony w strukturze IZG

podczas reakcji redukcji Ni(OH)

2

Wnioski

13

 Magazynowanie wodoru w dużej mierze zależy od rodzaju

elektrody, zdolności magazynowania wodoru okazały sie wyższe

dla NiCl

2

-EIZG