Electrolytic production and characterization of nickel composite and alloy coatings containing tungsten

• Autorzy: Popczyk M.

Warianty tytułu

PL

Elektrolityczne otrzymywanie i charakterystyka kompozytowych i stopowych powłok niklowych zawierających wolfram

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ni+W composite coating was obtained by electrodeposition from the following electrolyte (concentrations in g dm-3): NiSO4 * 7H2O - 84, H3BO3 - 8, CH3COONa - 10, C6H5O7Na3 * 2H2O - 30, NH4Cl - 10 + 50 g dm-3 of tungsten powder (< 150 žm, Aldrich). Ni-W alloy coating was obtained by electrodeposition from the following electrolyte (concentrations in g dm-3): NiSO4 * 7H2O - 13, Na2WO4 * 2H2O - 68, NH4Cl - 50, C6H5O7Na3 * 2H2O - 200. Ni+W and Ni-W coatings were prepared under the galvanostatic conditions in such manner, that the coatings contain the same quantity of tungsten. The surface morphology of the coatings was studied using a scanning microscope (JEOL JSM - 6480). Chemical composition of obtained coatings was determined by the X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) with a special attachment to the X-ray generator TUR-M62 with flat LiF crystal. The surface of the Ni-W alloy coating is relatively regular of an island character and the surface of the Ni+W composite coating is covered by a well visible velvet-like dark grey tarnish. This composite coating has a matt, rough surface with visible grains of incorporated powder. Introduction of tungsten powder into the nickel matrix causes obtained composite coating of very developed and rough surface. Ni+W and Ni-W coatings contain almost identical quantity of tungsten and therefore was determined influence of manner of tungsten introducing to the nickel matrix on electrochemical properties of these coatings. The electrochemical activity of these coatings was studied in the process of hydrogen evolution reaction (HER) from 5 M KOH solution using steady-state polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. Approximations of the experimental impedances permitted determinations of the following parameters: Rct, Rs, T, [diameter] and in consequence the surface roughness factor Rf was estimated. It was assumed, that surface roughness factor, is connected with the value of electrochemical active surface. The values of Rf, obtained for the Ni+W composite coating are higher, than that for the Ni-W alloy coating. The reason of this could be increase of real surface area for the Ni+W composite coating. Basing on the results of EIS measurements the rate constants of the HER were determined. It was found that Ni+W composite coating is characterized by enhanced electrochemical activity towards hydrogen evolution as compared with Ni-W alloy coating. An in-crease in the electrochemical activity may be attributed both to the synergetic effect of tungsten dispersed in the nickel matrix and to the increase in the real surface area resulting from the composite character of coating. Thus obtained composite coating may be useful in application as electrode material for the hydrogen evolution reaction.

PL

Powłokę kompozytową Ni+W otrzymano poprzez elektroosadzanie z kąpieli o następującym składzie (g dm-3): NiSO4 * 7H2O - 84, H3BO3 - 8, CH3COONa - 10, C6H5O7Na3 * 2H2O - 30, NH4Cl - 10 + 50 g dm-3 proszku wolframu (< 150 žm, Aldrich). Powłokę stopową Ni-W otrzymano poprzez elektroosadzanie z kąpieli o następującym składzie (g dm-3): NiSO4 * 7H2O - 13, Na2WO4 * 2H2O - 68, NH4Cl - 50, C6H5O7Na3 * 2H2O - 200. Powłoki te otrzymano w warunkach galwanostatycznych, w taki sposób, aby zawierały taką samą ilość wolframu. Morfologię powierzchni otrzymanych powłok określono metodą mikroskopii skaningowej. Badania składu chemicznego wykonano metodą fluorescencji rentgenowskiej. Charakterystykę aktywności elektrochemicznej w procesie wydzielania wodoru w środowisku alkalicznym (5 M KOH) prowadzono metodą stacjonarnych krzywych polaryzacji oraz metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Stwierdzono, że powłoka kompozytowa Ni+W charakteryzuje się podwyższoną aktywnością elektrochemiczną w procesie wydzielania wodoru w porównaniu do powłoki stopowej Ni-W. Wzrost aktywności elektrochemicznej może wynikać zarówno z efektu oddziaływania wolframu zdyspergowanego w osnowie niklowej, jak i ze wzrostu rozwinięcia powierzchni. Tak otrzymana powłoka kompozytowa może być zastosowana jako materiał elektrodowy w procesie wydzielania wodoru.

Słowa kluczowe

EN

composite coating; alloy coating; hydrogen evolution reaction; HER; electrochemical impedance spectroscopy; EIS

PL

powłoka kompozytowa; powłoka stopowa; wydzielanie wodoru; elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 1
• Strony: 62--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Popczyk M.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, Bankowa 12, 40-007 Katowice,

Bibliografia

• [1] Paseka I., Evolution of hydrogen and its sorption on remark-able active amorphous smooth Ni-P(x) electrodes, Electrochim. Acta 1995, 40(11), 1633-1640.
• [2] Paseka I., Vielicka J., Hydrogen evolution and hydrogen sorption on amorphous smooth Me-P(x) (Me = Ni, Co and Fe-Ni) electrodes, Electrochim. Acta 1997, 42(2), 237-242.
• [3] Karimi-Shervedani R., Lasia A., Kinetics of hydrogen evolution reaction on nickel-zinc-phosphorous electrodes, J. Electro- chem. Soc. 1997, 144(8), 2652-2657.
• [4] Karimi-Shervedani R., Lasia A., Study of the hydrogen evolution reaction on Ni-Mo-P electrodes in alkaline solutions, J. Electrochem. Soc. 1998, 145(7), 2219-2225.
• [5] Karimi-Shervedani R., Lasia A., Studies of the hydrogen evolution reaction on Ni-P electrodes, J. Electrochem. Soc. 1997, 144(2), 511-519.
• [6] Panek J., Serek A., Budniok A., Rówiński E., Łągiewka E., Ni+Ti composite layers as cathode materials for electrolytic hydrogen evolution, Int. J. Hydrogen Energy 2003, 28, 169-175.
• [7] Popczyk M., Budniok A., Lasia A., Electrochemical properties of Ni-P electrode materials modified with nickel oxide and metallic cobalt powders, Int. J. Hydrogen Energy 2005, 30, 265-271.
• [8] Popczyk M., Serek A., Budniok A., Production and proper- ties of composite layers based on an Ni-P amorphous matrix, Nanotechnology 2003, 14, 341-346.
• [9] Popczyk M., Budniok A., Electrochemical properties of Ni-P electrode materials modified with tungsten, Archiwum Nauki o Materiałach (Archives of Material Science) 2001, 22(4), 261-269.
• [10] Popczyk M., Budniok A., Elektrolityczne otrzymywanie i charakterystyka warstw kompozytowych Ni-P+W i Ni-P+NiO+W w środowisku alkalicznym, Kompozyty (Composites) 2003, 3(6), 17-22.
• [11] Popczyk M., The hydrogen evolution reaction on electrolytic Ni+W+Si and Ni+W+Mo+Si composite coatings, Physics and Chemistry of Solid State 2007, 8(4), 767-770.
• [12] Shervedani R.K., Lasia A., Evaluation of the surface rough-ness of microporous Ni-Zn-P electrodes by in situ methods, J. Appl. Electrochem 1999, 29, 979-986.
• [13] Lasia A., (in:) Conway B.E., White R.E., Modern Aspects of Electrochemistry, Kluwer/Plenum, New York 2002.
• [14] Kerner Z., Pajkossy T., On the origin of capacitance dispersion of rough electrodes, Electrochim. Acta 2000, 46(2-3), 207-211.
• [15] de Levie R., (in:) Delahay P., Tobias C.W., Advances in Electrochemistry and Electrochemical Engineering, Wiley, New York 1967.
• [16] Lasia A., Nature of the two semi-circles observed on the complex plane plots on porous electrodes in the presence of a concentration gradient, J. Electroanal. Chem. 2001, 500, 30-35.