Use of copper electrowinning technology in the production of hydrogen

Abstract

In this thesis, the applicability of using copper electrowinning technology in the production of hydrogen was examined by electrochemical tools at the laboratory scale. The effects of varying the current density and the CuSO4 concentration in the acidic solution on copper electroplating were examined in terms of hydrogen evolution and the quality of the copper plating. The results were discussed based on changes in the cell potential and the resistance and morphology of the electrode materials. It was found that while the morphology of the electrode materials changed significantly, the resistance of the electrodes was only marginally affected.

For most experimental conditions tested, the quality of the plated copper was poor when copper electroplating and hydrogen evolution occurred simultaneously. By changing the cell design and distance between the electrodes of the home-made laboratory scale electrolytic cells, experimental conditions were detected in which a good quality copper plating can be produced. The physicochemical parameters describing each tested system are presented. Therefore, it is promising to continue analyzing the simultaneous production of hydrogen and copper electroplating. Optimization of cell designs and their physicochemical parameters will be essential so that both technologies can be coupled in the future.

Tässä tutkielmassa kuparin elektrolyyttisen rikastuksen soveltuvuutta vedyn tuotantoon tutkittiin sähkökemiallisilla tekniikoilla laboratoriomittakaavassa. Happamassa liuoksessa olevan CuSO4:n konsentraation vaihtelun vaikutuksia kuparin sähköpinnoitusprosessiin tutkittiin vedyn tuotannon ja kuparipinnoitteen laadun kannalta. Tuloksia käsiteltiin kennopotentiaalin sekä elektrodimateriaalien resistanssin ja morfologian muutoksiin perustuen. Tutkimuksessa havaittiin, että elektrodimateriaalien morfologia muuttui merkittävästi, mutta samalla elektrodien resistanssi muuttui vain marginaalisesti.

Pinnoitetun kuparin laatu lähes kaikissa koeolosuhteissa todettiin huonoksi silloin, kun kuparin sähköpinnoitusta ja vedyn kehitystä tapahtui samanaikaisesti. Kotitekoisten laboratoriomittakaavaisten elektrolyysikennojen kennorakennetta ja elektrodien välistä etäisyyttä muuttamalla havaittiin koeolosuhteet, joissa voidaan valmistaa hyvälaatuista kuparipinnoitetta. Kutakin testattua järjestelmää kuvaavat fysikaalis-kemialliset parametrit esitetään. Näin ollen on lupaavaa jatkaa samanaikaisen vedyn tuotannon ja kuparin sähköpinnoituksen analysointia. Kennojen suunnittelun ja niiden fysikaalis-kemiallisten parametrien optimointi on keskeistä, jotta molemmat teknologiat voidaan tulevaisuudessa yhdistää.