Desorpcja wodoru w stopach palladu modelowym układzie elektrody

ujemnej w ogniwach wodorkowych.

Ewa Kalinowska

Pracownia Elektrochemicznych Źródeł Energii

Plan prezentacji

1. Wprowadzenie - układ metal-wodór - historia2. Ogniwa wodorkowe

- stopy AB5

- procesy elektrodowe3. Opis części eksperymentalnej - cele pracy, elektrody - warunki pracy4. Wnioski

Układ metal-wodór - historia

• Zainteresowanie od XIX w.

• Pallad i jego stopy

• 1866 r publikacja Grahama

• 1974 r publikacja Ertla

Układ metal-wodór jako anoda w odwracalnych ogniwach wodorkowych - bateria Ni-MH

Stopy AB5

gdzie

A - pierwiastek ziem rzadkich (np. lantan)

B - nikiel oraz inne metale przejściowe

Pierwowzór typu AB5 to LaNi5 ( LaNi5H0,3 faza α, LaNi5H5,5 faza β )

Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią

Zastosowanie układów metal–wodór

membrany służące do oddzielania wodoru od innych gazów na drodze dyfuzji oraz do rozdzielania izotopów wodoru katalizatory w reakcjach uwodornieniaźródło wodoru o dużej czystości (rozkład termiczny wodorków) spowalniacze neutronów w energetyce jądrowej anody w ogniwach wodorkowych możliwość zastosowania w superkondensatorach materiały magazynujące wodór

układ Pd-H to układ o szczególnym MODELOWYM znaczeniu do badania absorpcji wodoru w metalach i stopach

VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009

„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”

Ogniwo Ni-MH

http://www.digipedia.pl/def/doc/id/842911679/

PROCESY ELEKTODOWE

Reakcje zachodzące podczas rozładowania ogniwa:

– anoda: M + OH- → M + H2O + e-

– katoda: NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

W trakcie ładowania kierunek reakcji jest odwrotny:

– anoda: NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

– katoda: M + OH- → M + H2O + e-

GŁÓWNE CELE PRACY

• osadzenie stopu Pd/Ag na drucie złotym

• badanie zachodzących procesów absorpcji i desorpcji wodoru w stopie Pd/Ag

• badanie wpływu potencjału absorpcji wodoru na jego ilość zaabsorbowaną w stopie

Elektrody należące do układu

• Elektroda pomocnicza (Counter Electrode) – siatka platynowa

• Elektroda odniesienia (Reference Electrode) Hg|Hg2SO4|H2SO4

• Elektroda pracująca - Pd-Au-LVE (Limited Volume Electrode – elektroda o ograniczonej objęctości)

Warunki eksperymentu

• Osadzanie Pd z kąpieli o następującym składzie: 0,11 M PdCl2 + AgNO3

• Wszystkie pomiary w temperaturze pokojowej w roztworze 0.1 M NaOH.

Krzywa chronowoltamperometryczna dla Pd

-1,0 -0,5 0,0 0,5

E [V]

utlenianie wodoru

absorpcja i adsorpcja wodoru

utlenianie powierzchni palladu

redukcja powierzchni palladu

M. Łukaszewski, A. Czerwiński „Elektrochemiczne właściwości stopów metali szlachetnych”

Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią

VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009

„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”

Charakterystyka elektrochemiczna stopów

Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią

VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009

„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”

Charakterystyka powierzchni - SEM90%Pd-10%Ag 94%Pd-6%Cu

Morfologia powierzchni badanych stopów Pd-Ag (95 – 5%) oraz Pd-Cu (92 – 8%) a) stop świeżo osadzony, b) stop po wielokrotnej absorpcji wodoru.

2m

2,5m2,5m

2,5m

a) a)

b) b)

Morfologia powierzchni badanych stopów Pd-Ag (95 – 5%) oraz Pd-Cu (92 – 8%) a) stop świeżo osadzony, b) stop po wielokrotnej absorpcji wodoru.

Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią

VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009

„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”Morfologia powierzchni badanych stopów Pd-Ag (95 – 5%) oraz Pd-Cu (92 – 8%) a) stop świeżo osadzony, b) stop po wielokrotnej

absorpcji wodoru.

Charakterystyka powierzchni stopów PdAg metodą AugerStop świeżo osadzony Stop po absorpcji wodoru

Analiza ilościowa powierzchni stopu Pd-Ag (95-5%) po wielokrotnej cyklicznej absorpcji i desorpcji wodoru w danym obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).

2m

Analiza ilościowa powierzchni stopu Pd-Ag (95-5%) po wielokrotnej cyklicznej absorpcji i desorpcji wodoru w danym obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).

Analiza ilościowa powierzchni stopu Pd-Ag (95-5%) niepoddawanego obróbce elektrochemicznej w danym obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).

Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią

VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009

„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”

Analiza ilościowa powierzchni stopu Pd-Ag (95-5%) po wielokrotnej cyklicznej absorpcji i desorpcji wodoru w danym obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).

Wnioski Krzywe chronowoltamperometryczne stopów Pd-Ag wykazują sygnały prądowe charakterystyczne dla elektrod wykonanych z pojedynczych metali tj. palladu, srebra i miedzi. W stopach Pd-Ag i Pd-Cu nasycanych elektrochemicznie wodorem stwierdzono występowanie zjawiska histerezy. W stopach Pd-Ag mamy do czynienia z segregacją powierzchniową, która wynika z różnicy energii powierzchniowej Pd i Ag. Stopy wykazują wzbogacenie w srebro na powierzchni. W pomiarach nie wykazaliśmy segregacji powierzchniowej dla stopów Pd-Cu. Stopy te są jednorodne zarówno pod względem morfologii jak i składu powierzchniowego. Podczas trawienia jonowego nie obserwuje się istotnych zmian składu stopu.

Dziękuję za uwagę.