Transcript Desorpcja wodoru w stopach AB5 – podstawowym składnikiem

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 - historia
2. Ogniwa wodorkowe
- stopy AB5
- procesy elektrodowe
3. Opis części eksperymentalnej
- cele pracy, elektrody
- warunki pracy
4. 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 uwodornienia
źródło 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 + OHW 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
utlenianie
powierzchni
palladu
utlenianie
wodoru
absorpcja i
adsorpcja
wodoru
redukcja
powierzchni
palladu
-1,0
-0,5
0,0
0,5
E [V]
M. Łukaszewski, A. Czerwiński „Elektrochemiczne właściwości stopów metali szlachetnych”
Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią
Charakterystyka elektrochemiczna stopów
PALLAD
SREBRO
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
-1.0
E [V]
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
MIEDZ
-1.5
0.8
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
E [V]
E [V]
1,0
0,60
Pd-Ag
utlenianie Cu oraz Habs i Hads
utlenianie Habs i Hads
utlenianie Pd i Cu
0,5
0,40
0,0
0,20
0,00
redukcja związków Pd redukcja związkówAg
-0,20
I [mA]
I [mA]
utlenianie Pd i Ag
-0,5
absorpcja i adsorpcja H,
redukcja związków Cu
Pd-C u
-1,0
-0,40
-1,5
-0,60
redukcja związków Pd i Cu
absorpcja i adsorpcja H
-0,80
-1,0
-0,5
0,0
E [V] vs. Hg HgO
0,5
-2,0
-1,2
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
E [V] vs. Hg HgO
VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009
„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”
0,2
0,4
0,6
0,8
Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią
Charakterystyka powierzchni - SEM
90%Pd-10%Ag
94%Pd-6%Cu
a)
a)
2,5m
2m
b)
b)
2,5m
2,5m
Morfologia powierzchni badanych stopów Pd-Ag (95 – 5%) oraz Pd-Cu (92 – 8%) a) stop świeżo osadzony, b) stop po wielokrotnej
absorpcji wodoru.
VI Kongres Technologii Chemicznej Warszawa 2009
Morfologia powierzchni badanych stopów Pd-Ag (95 – 5%) oraz Pd-Cu (92 – 8%) a) stop świeżo osadzony, b) stop po
wielokrotnej absorpcji wodoru.
„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”
Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią
Charakterystyka powierzchni stopów PdAg metodą Auger
Stop świeżo osadzony
Stop po absorpcji wodoru
2m
100
80
70
60
60
Pd
Ag
40
20
0
globalne
P1
P2
P3
% zawartość pierwiastka
% zawartość pierwiastka
80
50
30
20
10
P4
Analiza ilościowa powierzchni stopu Pd-Ag (95-5%)
niepoddawanego obróbce elektrochemicznej w danym
obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).
Pd
Ag
40
0
globalne
P1
P2
P3
P4
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%)
po
VI Kongres Technologii Chemicznej
Warszawa
2009
absorpcji
desorpcji wodoru
Morfologia powierzchni badanych stopów Pd-Ag (95 – 5%) orazwielokrotnej
Pd-Cu (92 –cyklicznej
8%) a) stop
świeżoi osadzony,
b) stopwpodanym
obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).
wielokrotnej absorpcji wodoru.
„Materiały z pracy doktorskiej
Pani mgr Katarzyny Klimek”
Właściwości elektrochemiczne oraz struktura stopów palladu ze srebrem i miedzią
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.
Analiza
ilościowa
powierzchni
stopu Pd-Ag (95-5%) po
i desorpcji wodoru w danym
obszarze oraz różnych punktach tego obszaru (P1, P2, P3, P4).
VI Kongres Technologii Chemicznej
Warszawa
2009
wielokrotnej
cyklicznej absorpcji
„Materiały z pracy doktorskiej Pani mgr Katarzyny Klimek”
Dziękuję za uwagę.