Estudos básicos na produção de hidrogênio por eletrólise

• Ano de defesa: 1981
• Autor(a) principal: Carubelli, Ademir
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: electrolysis; eletrólise; hydrogen production; produção de hidrogênio
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/54/54133/tde-22092025-153447/

Os eletrolisadores de água para a produção de hidrogênio usualmente empregam ânodos de níquel eletrodepositado e cátodos de aço carbono em soluções aquosas de KOH 28% a temperaturas próximas de 70 ºC. Neste trabalho, o comportamento eletroquímico desses e de outros materiais de eletrodos é estudado através do levantamento de retas de Tafel, curvas de operação contínua a corrente constante e curvas V vs i para microeletrodos em uma célula simulando as condições prevalentes em eletrolisadores atuais. Particular ênfase é dada ao efeito da temperatura e do pré-tratamento dos eletrodos. Estabeleceu-se que as temperaturas mais elevadas favorecem ambos os processos eletrodos, mas estão limitadas pela estabilidade dos diafragmas de asbestos. O cuidadoso pré-tratamento das superfícies e da solução eletrolítica é essencial para se conseguir resultados reprodutíveis. Os resultados para a reação de evolução de oxigênio (REO) sobre níquel eletrodepositado, níquel-cobalto eletrodepositado, aço austenítico e eletrodos de níquel e níquel-cobalto pré-oxidados mostraram pequenas diferenças. Todos estes ânodos, sob condições de operação, atingem rapidamente o estado de superfície estável. Por outra parte, vários materiais testados para cátodos, pelas técnicas rápidas, apresentaram a seguinte atividade eletrocatalítica: níquel-cobalto oxidado, ferro eletrodepositado, níquel oxidado, aço carbono, níquel-cobalto e níquel eletrodepositado. Nas condições de operação contínua, essas diferenças são minimizadas, devido, em alguns casos, à destruição dos óxidos superficiais e, em outros casos, devido à eletrodeposição de ferro, presente como uma pequena impureza no KOH, que afeta profundamente o comportamento da superfície original. Todavia, foi determinado que a performance, bem como a estabilidade dos cátodos, pode ser melhorada pela eletrodeposição de ferro sobre a superfície original do aço carbono. Os estudos do mecanismo da reação de evolução de hidrogênio (REH) sobre aço carbono mostram, junto com dados obtidos da literatura sobre a adsorção do hidrogênio e sobre as condições da superfície do aço carbono, que, a baixas densidades de corrente, a etapa determinante é a eletrólise da molécula de água (Volmer), enquanto que, em correntes elevadas, o mecanismo foi interpretado como sendo do tipo Heyrovsky. As conclusões destes estudos foram usadas para analisar as condições sob as quais operam os atuais eletrolisadores.