ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ ОСАЖДЕНИЯ НИКЕЛЕВЫХ ПЕН НА ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПО ОТНОШЕНИЮ К РЕАКЦИИ ВЫДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА

Никитин В.С., Черепанова Е.А., Терещенко А.Д., Останина Т.Н.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Одним из способов получения экологически чистого водорода является электролиз воды в щелочном растворе, однако его главным недостатком являются высокие перенапряжения реакций выделения водорода на катоде и кислорода на аноде. Использование электродов с высокоразвитой поверхностью и пористой структурой, например никелевых пен, позволяет снизить энергозатраты при электролизе воды.

Целью работы являлось исследование влияния времени осаждения на электрокаталитические свойства пен никеля по отношению к анодной реакции выделения кислорода.

Рабочие электроды с рабочей поверхностью 0,84 см² были изготовлены из медных пластин с предварительно нанесенным слоем никеля. Пены никеля осаждали из раствора 0,2 моль/л NiCl₂, 2 моль/л NH₄Cl (pH = 3,2÷3,4) при температуре 25 °C и плотности тока 0,3 А/см² в расчете на исходную поверхность гладкого электрода. Время осаждения пен составляло 5 и 15 минут. Анодные поляризационные кривые снимали в растворе 1 моль/л NaOH при помощи электрохимической станции Solartron 1280С со скоростью развертки потенциала 3 мВ/с.

Для количественной оценки электрокаталитических свойств пен находили коэффициент деполяризации K_i при анодной плотности тока i = 0,3 А/см² по формуле:

$$K_{i} = \frac{E_{i}^{гл} - E_{i}^{пены}}{E_{i}^{гл} - E_{р,\ \ О}}.$$

Здесь $E_{i}^{гл}$, $E_{i}^{пены}$ – соответственно, потенциалы гладкого никелевого электрода и электрода с никелевой пеной при анодной плотности тока i = 0,3 А/см²; E_р, О – равновесный потенциал кислорода в растворе 1 моль/л NaOH, рассчитываемый по уравнению Нернста.

Установлено, что при анодной плотности тока 0,3 А/см² повышение времени осаждения пены от 5 до 15 минут приводит к росту K_i от 0,31 до 0,41, что облегчает протекание реакции выделения кислорода на пене и, как следствие, должно способствовать снижению анодного перенапряжения при электролизе воды. Это может быть связано с формированием более высокоразвитой поверхности наряду с регулярной структурой пор у осадков никеля при большем времени их осаждения. Данный факт подтверждаются микрофотографиями внешней поверхности пен никеля.