大气等离子喷涂制备梯度多孔电极及其碱式电解水性能研究

作者：宋嘉薇; 王先彬; 姜欣格; 刘太楷^*; 张楠楠; 宋琛; 邓畅光; 邓春明; 刘敏

来源：表面技术, 2022, 51(11): 423-435.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.11.040

• 电解水
• 大气等离子喷涂
• 梯度多孔
• 三维显微结构
• 电化学阻抗谱

目的 探索电极的梯度多孔结构对碱式电解水析氢性能的影响。方法 采用大气等离子喷涂工艺制备不同Al含量的涂层，经化学腐蚀后，得到单一多孔电极和梯度多孔电极。通过SEM/EDS、XPS、XRD和工业CT对样品微观形貌、元素价态、物相等进行表征和分析，采用线性扫描伏安法（LSV）、循环扫描伏安法（CV）和电化学阻抗谱法（EIS）等手段研究样品的析氢性能。结果 通过控制Al的添加量，可以有效控制涂层的孔隙率。通过多组粉末的配合喷涂，成功实现了梯度多孔结构的制备。所制备样品的析氢Tafel斜率都接近于120mV/dec，其析氢速率控制步骤皆为Volmer过程，即水分子吸附和解离过程。N30A表面最平整，表现出最接近电容的阻抗特性，其电解性能也因此最差；N40A表现出与N50A类似的阻抗特性，但其整体孔隙率较低，因此其电解性能较差；低电流密度下，N50A和N543A表现出十分接近的电解性能，而高电流密度下N543A表现出更加优越的电解性能。结论 梯度多孔结构的引入可以促进电解液的输运，同时提供较好的排气能力，又能保证足够的反应活性位点，因此可以有效提升析氢性能。

• 单位
  沈阳工业大学; 广东省科学院; 材料学院