碱性电解水制氢电极材料：解决电流密度低与能耗偏高问题的关键

碱性电解水制氢电极材料：解决电流密度低与能耗偏高问题的关键

项目名

= 碱性水电解制氢电极材料 =

背景

目前，水电解制氢的成熟技术有碱性水电解和固体聚合物水电解，一些新技术如固体氧化物水电解、酸碱两性水电解等尚处于研发阶段，还有不少关键技术难题有待攻克。虽然固体聚合物水电解的电流密度最高可达2A/cm2，但现有的制氢设备规模小，成本高，难以大规模推广应用。目前，应用最广泛、经济性最好的技术仍然是碱性水电解制氢技术，但碱性水电解制氢技术电流密度较低，最高约400mA/cm2，目前制氢能耗较高，约为4.3-4.5kWh/Nm3。电流密度过低，使设备过于笨重，增加了设备制造成本；能耗高，导致使用成本高，经济性不高。

因此，针对上述碱性水电解制氢过程中电流密度低、能耗大的问题，本项目拟研究低功耗、大电流、长寿命、高效稳定的电极元件。传统的电极材料主要有雷尼镍或低碳钢。雷尼镍作为电极材料比表面积小，电流密度低；而低碳钢需要在表面负载催化剂，但在使用过程中，催化剂容易从电极表面脱落。为了克服目前使用雷尼镍或低碳钢作为电极存在的主要问题，低成本、高效、稳定的镍钼电极近年来得到了广泛的研究。大量研究表明，镍钼电极的催化活性可以达到二氧化铱/二氧化钌等商业催化剂电极的性能；制备的镍钼析氢催化电极的催化活性非常接近铂等粉末电极的催化活性。

教师背景

= 余先生，高级工程师=

北京有色金属研究院高级工程师，硕士生导师，余先生，研究方向：新能源与生态环境催化材料、制氢材料与技术、功能涂层材料等。在国内外期刊发表论文30余篇，授权专利30余项，主持或参与多项科技部、国家自然科学基金或省部级科研项目。

研究内容

研究表明，镍钼催化电极的稳定性也明显高于粉末状催化电极。因此，开发镍钼电极是研制低能耗、大电流、高效率、长寿命催化电极的有效方法之一，但电极结构与性能的构效关系仍有待研究。目前，所研究的镍钼电极制备面积较少，尚无工业化的镍钼催化电极。因此，优化材料合成步骤，制备大面积、高活性、长寿命的镍钼催化电极是后续努力的方向。本项目拟对低能耗、大电流、长寿命、高效率的镍钼电极材料与组分进行研究，最终形成学术研究报告。

目标

● 系统了解催化化学、制氢材料等相关背景知识；

● 通过参与完整的研究项目，激发学生对化学工程和环境工程的热情，培养学生运用所学知识解决前沿化学和环境问题的能力；

● 掌握科学探究方法，了解科学研究过程，培养学生提出问题和假设、设计实验、分析数据、解决问题、总结研究结果的能力；

● 培养学生为低能量、高可靠性碱性水电解制氢电极组件的制备提供理论开发，提供理论支撑和技术参考，提高观察能力、分析思维能力和总结表达能力；

● 提高学术写作能力，完成一篇学术论文并选择发表在以下期刊：国家级期刊或CPCI/EI等同级别的国外综合期刊或会议期刊。

项目效益

● 全程教授指导

沉浸式教学确保充足的教学市场

● 闭环教学

研究准备课程-课题研究-论文写作

● 紧跟热门专业

精准匹配留学生需求

● 确保学习成果

名校助教全程跟踪指导

项目成果

● CPCI、EI、SCI会议论文（文章级别相当于国际核心）

● 教授实名推荐信

适合

● 目标受众：高中生、大学生、研究生

● 研究领域：新能源、环境材料、新技术等。

日程

共10周，每周1节课，每节课2课时

上课时间：每周六晚8:00

课程开始时间：2021.6.26

每节课后，助教都会跟踪课程结果并找出差距。

项目概要

● 第一部分：知识讲解

教授提供PPT课件进行知识输出，或者学生以PPT形式汇报所学的知识点

● 第二部分：文献研究与报告

教会学生如何检索文献，如何查找专业领域的数据库，以及阅读文献时应注意的一些要点；

教授为学生提供需要学习和阅读的文献资料，学生学习结束后以PPT形式汇报，教授进行点评。

● 第三部分：问题讨论

讲座通过每周问答、选题、研究方法、数据处理等各种问题进行讲解。

它从学生提出的问题和教授在教学过程中发现的问题开始。

● 第四部分：论文指导

讲解作文模板并根据学生的作文进度提供指导。

● 第五部分：最终报告

学生总结、汇报科研经历，教授进行点评。