Si presenta uno studio che ha avuto l’obiettivo di produrre, mediante elettrodeposizione, una serie di leghe Ni-Co, che coprono l’intero intervallo di composizione 100% Co al 100% Ni, quindi utilizzarle come catodi nella produzione di idrogeno dall’elettrolisi dall’acque. Durante la produzione delle leghe è stato possibile dimostrare che la loro composizione, fissate la temperatura, il pH e la densità di corrente, è una funzione lineare del rapporto Ni-Co nell’elettrolita. Si è visto inoltre che la pendenza della interpolazione lineare è strettamente legata alla geometria della cella elettrolitica. La caratterizzazione strutturale delle leghe ha evidenziato come la morfologia stessa variava al variare del contenuto dei 2 elementi in lega. aciculare per le leghe con Co fino al 10%, sferoidale con Co dal 10%÷80% ed infine un aspetto quasi “amorfo” con Co dal 80%÷100%. Le leghe sono state prodotte su una retina di Al 1015 per aumentare la superficie specifica rispetto ad un elettrodo piano e di seguito per migliorare la scarica dell’idrogeno. Le leghe sono state anche sottoposte a cicli di voltammetria a temperatura ambiente ed a 40 °C per diverse velocità di scansione. Tale sperimentazione ci ha permesso di mostrare che: 1. L’area del picco del desorbimento dell’idrogeno dipende sia dal contenuto di Co (in particolare cresce all’aumentare del Co nel deposito) che dalla superficie specifica del catodo (un deposito con 1,5 % di Co, con morfologia aciculare, presentava quasi la stessa area sottesa del picco di uno al 41,1 % di Co). 2. La tensione di decomposizione e di conseguenza le sovratensioni di idrogeno risultano minori per concentrazioni di Co nel range tra 41%÷65% in peso, in cui si esplica meglio il sinergismo fra le proprietà catalitiche del nichel (bassa sovratensione di idrogeno) e del cobalto (elevato adsorbimento di idrogeno). Il confronto delle sovratensioni di idrogeno mediante le curve di Tafel, effettuato tra l’elettrodo piano e l’elettrodo a rete di uguale composizione, ha confermato che per quest’ultima si ottengono minori sovratensioni di idrogeno per densità di corrente prossima a quella in uso industrialmente. L’attivazione “in situ” con molidbato di sodio in soluzione ha dimostrato essere molto efficace (abbassamento della sovratensione di idrogeno tra un massimo di 65 mV ad un minimo di circa 35 mV) soprattutto per le leghe con composizione compresa tra il 41%÷65% di cobalto già con concentrazioni di solo 0,2 g/l di Mo. Le leghe a maggior contenuto di nichel, per avere lo stesso effetto necessitavano, di 2 g/l di Mo in soluzione Le prove di caratterizzazione sopra citate hanno permesso di scegliere la retina al 65% di Co per sottoporla alla prova di lunga durata in quanto presentava il miglior compromesso tra sovratensione e produzione di idrogeno. E’ stato così possibile verificare la sua stabilità nel tempo sia dal punto di vista strutturale sia per quanto riguarda la produzione di idrogeno. Riferimenti bibliografici [1] C.Lupi e D. Pilone , “ELECTRODEPOSITION OF NICHEL- COBALT ALLOYS: THE EFFECT OF PROCESS PARAMETERS ON ENERGY CONSUMPTION”. Minerals Engineering, Vol. 14 (2001), pp. 1403-1410. [2] L. Burzynska , E. Rudnik, “THE INFLUENCE OF ELECTROLYSIS PARAMETERS ON THE COMPOSITION AND MORPHOLOGY OF NI-CO ALLOYS”, Hydrometallurgy, Vol. 54 (2000), pp 133–149. [3] I. Arul Raj, “NICHEL-BASED, BINARY-COMPOSITE ELECTROCATALYSTS FOR THE CATHODES IN THE ENERGY-EFFICIENT INDUSTRIAL PRODUCTION OF HYDROGEN FROM ALKALINE WATER ELECTROLYTIC CELLS”, Journal of Materials Science, Vol. 28 (1993), pp 4375—4382. [4] J.-Y. Huot e L. Brossard, “IN SITU ACTIVATION BY SODIUM MOLYBDATE ON VARIOUS METALLIC SUBSTRATES DURING ALKALINE WATER ELEOROLYSIS”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 14 (1989), No. 4, pp. 229-232.

Realizzazione e studio di leghe Nichel Cobalto per la produzione dell'idrogeno dall'elettrolisi dell'acqua / Pasquali, Mauro; Dell'Era, Alessandro; Lupi, Carla; L., D'Orazi. - (2007).

Realizzazione e studio di leghe Nichel Cobalto per la produzione dell'idrogeno dall'elettrolisi dell'acqua

PASQUALI, Mauro;DELL'ERA, Alessandro;LUPI, Carla;
2007

Abstract

Si presenta uno studio che ha avuto l’obiettivo di produrre, mediante elettrodeposizione, una serie di leghe Ni-Co, che coprono l’intero intervallo di composizione 100% Co al 100% Ni, quindi utilizzarle come catodi nella produzione di idrogeno dall’elettrolisi dall’acque. Durante la produzione delle leghe è stato possibile dimostrare che la loro composizione, fissate la temperatura, il pH e la densità di corrente, è una funzione lineare del rapporto Ni-Co nell’elettrolita. Si è visto inoltre che la pendenza della interpolazione lineare è strettamente legata alla geometria della cella elettrolitica. La caratterizzazione strutturale delle leghe ha evidenziato come la morfologia stessa variava al variare del contenuto dei 2 elementi in lega. aciculare per le leghe con Co fino al 10%, sferoidale con Co dal 10%÷80% ed infine un aspetto quasi “amorfo” con Co dal 80%÷100%. Le leghe sono state prodotte su una retina di Al 1015 per aumentare la superficie specifica rispetto ad un elettrodo piano e di seguito per migliorare la scarica dell’idrogeno. Le leghe sono state anche sottoposte a cicli di voltammetria a temperatura ambiente ed a 40 °C per diverse velocità di scansione. Tale sperimentazione ci ha permesso di mostrare che: 1. L’area del picco del desorbimento dell’idrogeno dipende sia dal contenuto di Co (in particolare cresce all’aumentare del Co nel deposito) che dalla superficie specifica del catodo (un deposito con 1,5 % di Co, con morfologia aciculare, presentava quasi la stessa area sottesa del picco di uno al 41,1 % di Co). 2. La tensione di decomposizione e di conseguenza le sovratensioni di idrogeno risultano minori per concentrazioni di Co nel range tra 41%÷65% in peso, in cui si esplica meglio il sinergismo fra le proprietà catalitiche del nichel (bassa sovratensione di idrogeno) e del cobalto (elevato adsorbimento di idrogeno). Il confronto delle sovratensioni di idrogeno mediante le curve di Tafel, effettuato tra l’elettrodo piano e l’elettrodo a rete di uguale composizione, ha confermato che per quest’ultima si ottengono minori sovratensioni di idrogeno per densità di corrente prossima a quella in uso industrialmente. L’attivazione “in situ” con molidbato di sodio in soluzione ha dimostrato essere molto efficace (abbassamento della sovratensione di idrogeno tra un massimo di 65 mV ad un minimo di circa 35 mV) soprattutto per le leghe con composizione compresa tra il 41%÷65% di cobalto già con concentrazioni di solo 0,2 g/l di Mo. Le leghe a maggior contenuto di nichel, per avere lo stesso effetto necessitavano, di 2 g/l di Mo in soluzione Le prove di caratterizzazione sopra citate hanno permesso di scegliere la retina al 65% di Co per sottoporla alla prova di lunga durata in quanto presentava il miglior compromesso tra sovratensione e produzione di idrogeno. E’ stato così possibile verificare la sua stabilità nel tempo sia dal punto di vista strutturale sia per quanto riguarda la produzione di idrogeno. Riferimenti bibliografici [1] C.Lupi e D. Pilone , “ELECTRODEPOSITION OF NICHEL- COBALT ALLOYS: THE EFFECT OF PROCESS PARAMETERS ON ENERGY CONSUMPTION”. Minerals Engineering, Vol. 14 (2001), pp. 1403-1410. [2] L. Burzynska , E. Rudnik, “THE INFLUENCE OF ELECTROLYSIS PARAMETERS ON THE COMPOSITION AND MORPHOLOGY OF NI-CO ALLOYS”, Hydrometallurgy, Vol. 54 (2000), pp 133–149. [3] I. Arul Raj, “NICHEL-BASED, BINARY-COMPOSITE ELECTROCATALYSTS FOR THE CATHODES IN THE ENERGY-EFFICIENT INDUSTRIAL PRODUCTION OF HYDROGEN FROM ALKALINE WATER ELECTROLYTIC CELLS”, Journal of Materials Science, Vol. 28 (1993), pp 4375—4382. [4] J.-Y. Huot e L. Brossard, “IN SITU ACTIVATION BY SODIUM MOLYBDATE ON VARIOUS METALLIC SUBSTRATES DURING ALKALINE WATER ELEOROLYSIS”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 14 (1989), No. 4, pp. 229-232.
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