Title
Primena novih katodnih materijala za izdvajanje vodonika dobijenih elektrohemijskim taloženjem Ni i Co sa Mo i W i ispitivanje uticaja mikrotalasnog polja na njihova fizičkohemijska svojstva
Creator
Tasić, Gvozden, 1978-
Copyright date
2013
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno 3.0 Srbija (CC BY-NC 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 17.05.2013.
Other responsibilities
mentor
Stanisavljev, Dragomir, 1960-
član komisije
Marčeta-Kaninski, Milica
član komisije
Jović, Vladimir
član komisije
Pašti, Igor, 1984-
Academic Expertise
Prirodno-matematičke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Fakultet za fizičku hemiju
Alternative title
New cathode materials for hydrogen evolution produced by electrochemical codeposition of Ni and Co with Mo and W - influence of microwave radiation on their physicochemical properties : doctoral dissertation
Publisher
Beograd : [G. S. Tasić]
Format
PDF/A (143 lista)
description
Fizička hemija / Physical Chemistry
Abstract (sr)
Fosilnih goriva, trenutno osnovnog svetskog energenta, ima sve manje. Pored
toga, njihova upotreba je praćena emisijom gasova staklene bašte, pre svega ugljen
dioksidom, zagađenjem životne sredine i pojavom globalnog zagrevanja. Kako su
potrebe za energijom sve veće, u svetu se intenzivno radi na razvoju energetskih sistema
zasnovanih na tzv. obnovljivim izvorima energije (Sunce, vetar, biomasa, itd). Upotreba
ovih energenata postavlja pitanje medijuma za skladištenje energije, transport i efikasnu
upotrebu na mestima značajno udaljenim od ovih tzv. primarnih izvora energije.
Vodonik je trenutno najbolji kandidat za funkciju ovakvog medijuma u svim budućim
enegretskim konceptima.
Budućnost ekonomije zasnovane na vodoniku u velikoj meri zavisi od cene
vodonika na svetskom tržištu, tj. od njegove jeftine, efikasne i dovoljno brze
proizvodnje. Trenutno se preko 90% vodonika dobija iz fosilnih goriva, pre svega
procesom reforminga zemnog gasa vodenom parom. Kao pandan ovom procesu sve
više se razvijaju i komercijalizuju metode elektrolize vode, među kojima prednjači
alkalna elektroliza, kao ekološki prihvatljive alternative koja omogućava upotrebu
obnovljivih izvora u procesu proizvodnje ovog energenta.
Alkalna elektroliza zahteva upotrebu električne energije te je stoga skupa,
neefikasna (oko 40% u odnosu na primarnu energiju) i spora metoda dobijanja
vodonika. Jedan od načina za povećanje efikasnosti ovog procesa je razvoj novih
elektrokatalitičkih materijala čijom bi se upotrebom smanjio nadnapon na elektrodama.
Komercijalno dostupni alkalni elektrolizeri obično imaju elektrode od niklovanog
nerđajućeg čelika ili čistog nikla.
Brojerova teorija intermetalnih veza predviđa sinergetski efekat na katalitičku
aktivnost za reakciju izdvajanja vodonika, kada se kombinuju dva d-metala. Legure
ovog tipa mogu da pokažu aktivnost veću u odnosu na pojedinačne metale a u nekim
Doktorska disertacija Gvozden Tasić
vi
slučajevima i veću u odnosu na aktivnost plemenitih metala, koji su se pokazali kao
najbolji katalizatori za ovu reakciju.
U okviru ove doktorske disertacije ispitana je mogućnost upotrebe legura na bazi
kombinacije prelaznih metala Ni-W, Co-W i Ni-MoO2 kao katoda za alkalnu
elektrolizu, kao i metoda in situ aktivacije alkalne elektrolize jonskim aktivatorima na
bazi Ni-Mo, i Co-W. Posebna pažnja je posvećena ispitivanju uticaja mikrotalasnog
polja na proces elektrohemijskog kotaloženja Co-W legura, njihovu morfologiju,
elementarni sastav i katalitičku aktivnost.
Utvrđeno je da se primenom pomenutih jonskih aktivatora može značajno
smanjiti potrošnja električne energije u procesu alkalne elektrolize. U pojedinim
slučajevima i do 20 %. Elektrode dobijene elektrohemijskim kotaloženjem pokazuju
veću aktivnost za reakciju izdvajanja vodonika u odnosu na čiste niklene elektrode, a
utvrđeno je da aktivnost ovih elektroda zavisi od uslova elektrohemijskog taloženja
(izbora taložnog kupatila, koncentracije elektroaktivnih vrsta, pH vrednosti i gustine
struje taloženja). Primena mikrotalasnog polja u toku elektrohemijskog kotaloženja,
značajno utiče na morfologiju i elementarni sastav dobijenih elektroda, koje pokazuju
neznatno poboljšanje katalitičke aktivnosti za reakciju izdvajanja vodonika.
Abstract (en)
Fossil fuels, as currently the world's primary energy source, are depleting. In
addition, their use is accompanied by greenhouse gas emission, primarily carbon
dioxide, pollution and global warming. As the world demands for energy grow,
intensive efforts are put into development of energy systems based on the socalled
renewable energy sources (solar, wind, biomass, etc.). The use of these energy
sources raises a question of medium for storage, transport and efficient use of energy on
the locations significantly distant from these so-called primary energy
sources. Hydrogen is currently the best candidate for such a medium in all future energy
concepts.
The future of hydrogen-based economy largely depends on the price of hydrogen
in the world market, i.e. of its low-cost, fast and efficient production. Over 90% of
hydrogen is currently produced from fossil fuels, mainly by steam-reforming of
petroleum. As an environmentally friendly alternative to this process alkaline water
electrolysis is being developed and commercialized. In addition, it gives a possibility to
use renewable energy sources for hydrogen production.
Alkaline water electrolysis requires the use of electricity and therefore is
expensive, inefficient (about 40% in respect to the primary energy) and slow method for
hydrogen production. One of the methods to increase the efficiency of this process is the
development of new electrocatalytic materials which could lower the electrode
overvoltage. The electrodes of commercially available alkaline electrolysers are usually
made of Ni plated stainless steel or pure nickel.
Brewer intermetallic bonding theory predicts a synergistic effect on the catalytic
activity for hydrogen evolution, when combining two d-metals. Alloys of this type may
exhibit better activity than the individual metals, and in some cases over exceed the
activity of precious metals which have proven to be the best catalysts for this reaction.
Doktorska disertacija Gvozden Tasić
viii
This thesis examines the possibility of using alloys based on a combination of
transition metals Ni-W, Co-W and Ni-MoO2 as cathodes for alkaline electrolysis, as
well as the method of in situ activation of alkaline electrolysis by using Ni-Mo and Co -
W ionic activators. Special attention was paid to the influence of the microwave field on
the electrochemical codeposition of Co-W alloys, their morphology, chemical
composition and catalytic activity.
It was found that the application of ionic activators can significantly reduce
energy consumption in the process of alkaline electrolysis. In some cases, this reduction
goes up to 20%. Electrodes obtained by electrochemical codeposition are catalytically
more active for hydrogen evolution reaction compared to pure nickel. The activity of
these electrodes depends on the conditions of electrodeposition (type of
electrodeposition bath, concentration of electroactive species, pH and deposition current
density). Application of the microwave field in the process of electrochemical
codeposition, significantly affects the morphology and chemical composition of
obtained electrodes, which show a slight improvement in catalytic activity for hydrogen
evolution reaction.
Authors Key words
vodonik, energija, alkalna elektroliza, elektrohemijsko kotaloženje, in
situ aktivacija, mikrotalasno polje
Authors Key words
hydrogen, energy, alkaline electrolysis, electrochemical codeposition, in
situ activation, microwave radiation
Classification
544.642:546.308(043.3)
Subject
Elektrohemijsko taloženje - Prelazni metali - Legure
Subject
Elektrolizeri - Proizvodnja vodonika
Type
Tekst
Abstract (sr)
Fosilnih goriva, trenutno osnovnog svetskog energenta, ima sve manje. Pored
toga, njihova upotreba je praćena emisijom gasova staklene bašte, pre svega ugljen
dioksidom, zagađenjem životne sredine i pojavom globalnog zagrevanja. Kako su
potrebe za energijom sve veće, u svetu se intenzivno radi na razvoju energetskih sistema
zasnovanih na tzv. obnovljivim izvorima energije (Sunce, vetar, biomasa, itd). Upotreba
ovih energenata postavlja pitanje medijuma za skladištenje energije, transport i efikasnu
upotrebu na mestima značajno udaljenim od ovih tzv. primarnih izvora energije.
Vodonik je trenutno najbolji kandidat za funkciju ovakvog medijuma u svim budućim
enegretskim konceptima.
Budućnost ekonomije zasnovane na vodoniku u velikoj meri zavisi od cene
vodonika na svetskom tržištu, tj. od njegove jeftine, efikasne i dovoljno brze
proizvodnje. Trenutno se preko 90% vodonika dobija iz fosilnih goriva, pre svega
procesom reforminga zemnog gasa vodenom parom. Kao pandan ovom procesu sve
više se razvijaju i komercijalizuju metode elektrolize vode, među kojima prednjači
alkalna elektroliza, kao ekološki prihvatljive alternative koja omogućava upotrebu
obnovljivih izvora u procesu proizvodnje ovog energenta.
Alkalna elektroliza zahteva upotrebu električne energije te je stoga skupa,
neefikasna (oko 40% u odnosu na primarnu energiju) i spora metoda dobijanja
vodonika. Jedan od načina za povećanje efikasnosti ovog procesa je razvoj novih
elektrokatalitičkih materijala čijom bi se upotrebom smanjio nadnapon na elektrodama.
Komercijalno dostupni alkalni elektrolizeri obično imaju elektrode od niklovanog
nerđajućeg čelika ili čistog nikla.
Brojerova teorija intermetalnih veza predviđa sinergetski efekat na katalitičku
aktivnost za reakciju izdvajanja vodonika, kada se kombinuju dva d-metala. Legure
ovog tipa mogu da pokažu aktivnost veću u odnosu na pojedinačne metale a u nekim
Doktorska disertacija Gvozden Tasić
vi
slučajevima i veću u odnosu na aktivnost plemenitih metala, koji su se pokazali kao
najbolji katalizatori za ovu reakciju.
U okviru ove doktorske disertacije ispitana je mogućnost upotrebe legura na bazi
kombinacije prelaznih metala Ni-W, Co-W i Ni-MoO2 kao katoda za alkalnu
elektrolizu, kao i metoda in situ aktivacije alkalne elektrolize jonskim aktivatorima na
bazi Ni-Mo, i Co-W. Posebna pažnja je posvećena ispitivanju uticaja mikrotalasnog
polja na proces elektrohemijskog kotaloženja Co-W legura, njihovu morfologiju,
elementarni sastav i katalitičku aktivnost.
Utvrđeno je da se primenom pomenutih jonskih aktivatora može značajno
smanjiti potrošnja električne energije u procesu alkalne elektrolize. U pojedinim
slučajevima i do 20 %. Elektrode dobijene elektrohemijskim kotaloženjem pokazuju
veću aktivnost za reakciju izdvajanja vodonika u odnosu na čiste niklene elektrode, a
utvrđeno je da aktivnost ovih elektroda zavisi od uslova elektrohemijskog taloženja
(izbora taložnog kupatila, koncentracije elektroaktivnih vrsta, pH vrednosti i gustine
struje taloženja). Primena mikrotalasnog polja u toku elektrohemijskog kotaloženja,
značajno utiče na morfologiju i elementarni sastav dobijenih elektroda, koje pokazuju
neznatno poboljšanje katalitičke aktivnosti za reakciju izdvajanja vodonika.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.