Wodór elektrolityczny w procesach korozji oraz jego wytwarzanie i

Zespół tematyczny Nr 18
prof. T. Zakroczymski
Wodór elektrolityczny w procesach korozji oraz jego wytwarzanie i magazynowanie
jako nośnika energii
Działalność badawcza dotyczy niektórych zagadnień związanych z oddziaływaniem
wodoru z materiałami metalicznymi. Badania prowadzone są w związku z rosnącym
znaczeniem wodoru, uważanego za najbardziej korzystny nośnik energii (tzw. energetyka
wodorowa). Główne problemy wdrażania technologii wodorowych dotyczą efektywnych
sposobów wytwarzania i magazynowania wodoru, jak również ochrony materiałów
konstrukcyjnych przed niszczącym działaniem wodoru (korozja wodorowa).
Obecnie prowadzone badania obejmują:
1. Plazmowe nawęglanie i azotowanie stali nierdzewnych w celu poprawienia katod do
elektrolitycznego wytwarzania wodoru
Celem
badań
jest
poprawienie
elektroaktywności i trwałości katod używanych
w alkalicznej elektrolizie wody do wytwarzania
wodoru. Zamiarem jest poprawienie katod
wykonanych ze stali nierdzewnej AISI 316L
poprzez wprowadzenie węgla i azotu do warstw
wierzchnich metodą obróbki plazmowej w
stosunkowo niskich temperaturach (około 470
o
C). Prowadzone są badania w celu wyjaśnienia
wpływu węgla i warstw powierzchniowych na
reakcję wydzielania wodoru i na absorpcję
wodoru
przez
katody.
Pomiary
elektrochemiczne prowadzone są w gorącym
roztworze KOH (25% KOH, 80 oC), a więc w
warunkach stosowanych w elektrolizerach
przemysłowych. Do przeprowadzenie pomiarów
służy specjalnie zaprojektowane urządzenie
(rysunek). Warstwy powierzchniowe na stali
analizowane
są
metodą
spektroskopii
elektronowej XPS. Odporność plazmowo
obrabianej stali 316L na działanie elektrolitów
badana jest w roztworach siarczanowochlorkowych o różnym pH.
2. Modyfikacja powierzchni i obszaru podpowierzchniowego niklu podczas długotrwałej
katodowej polaryzacji.
Nikiel i jego stopy są najczęściej używanym materiałem na katody w przemysłowych
elektrolizerach do wytwarzania wodoru. Wadą katod niklowych jest spadek efektywności
wydzielania wodoru z upływem czasu eksploatacji. Prowadzone badania mają na celu
powiązanie dezaktywacji katod niklowych ze
zmianami zachodzącymi na powierzchni i w
obszarze podpowierzchniowym niklu podczas
jego długotrwałej katodowej polaryzacji w
roztworach alkalicznych. Stosując metody
przenikania wodoru przez membranę i desorpcji
wodoru z membrany, oparte na niezwykle
czułej, elektrochemicznej detekcji wodoru, są
identyfikowane i ilościowo określane różne
formy zaabsorbowanego wodoru. Ponadto
określa się rozmieszczenie tych form wodoru w
przekroju membrany.
3. Charakterystyka funkcjonalizowanych nanorurek węglowych
Badania prowadzone są na materiałach węglowych, głównie wielościennych rurkach
węglowych (MWCNT), oczyszczonych po syntezie, funcjonalizowanych różnymi grupami
chemicznymi (-COOH, -COONH2, -C=O i/lub -OH), z wbudowanymi nanocząstkami metali
(Pd, Au) i tlenkami metali (ZrO2, PdOx). Tego rodzaju materiały są zdolne do pochłaniania
wodoru i mogą znaleźć zastosowanie w ogniwach paliwowych, jako katalizatory w reakcjach
elektroutleniania.
Metody spektroskopii elektronowych, XPS, XAES, EPES, EELS stosuje się do
charakterystyki powierzchni, spektrometrię mas i kwadrupolową spektroskopię mas do
badania adsorpcji-desorpcji, a FTIR i SEM/TEM do badania struktury.
Obraz TEM utlenionej wiązki nanorurek węglowych; skala (a) 200nm i (b) 20 nm.