I store-alkaliske vandelektrolyseprojekter om brintproduktion, såsom H4,rene nikkelpladerer næsten blevet "standardsvaret" for elektroder og konstruktionsmaterialer. Dette fænomen er på ingen måde tilfældigt, men er bestemt af flere faktorer såsom materialets fysiske og kemiske egenskaber, de krævende krav til elektrolyseprocessen, ingeniørøkonomi og industrikædens modenhed. Det følgende er en-dybdegående analyse af de dybe grunde til, at rene nikkelplader er så populære fra fem dimensioner.
Alkalisk vandelektrolyse til brintproduktion bruger omkring 30 % KOH-opløsning som elektrolyt. Driftstemperaturen er normalt mellem 70 og 90 grader, og nogle avancerede tanke når endda over 120 grader. I denne høje temperatur, høje koncentration og stærke alkaliske miljø vil de fleste metaller lide under alvorlig korrosion: ensartet korrosion og grubetæring vil forekomme på kulstofstål inden for få timer. Selvom rustfrit stål har en vis korrosionsbestandighed, er dets langtidsstabilitet i alkalisk opløsning langt mindre end nikkels. Den alkaliske korrosionsbestandighed af rent nikkel kommer fra den spontane dannelse af en tæt og stabil NiO/Ni(OH)₂ passiveringsfilm på dens overflade. Denne film er næsten uopløselig i alkaliske medier og har selv-helbredende egenskaber -, selvom den er mekanisk ridset, kan den hurtigt regenereres i alkalisk opløsning. Eksperimentelle data viser, at korrosionshastigheden for rent nikkel i kogende 50% kaustisk sodaopløsning kun er 0,01~0,02 mm/år, hvilket betyder, at en nikkelplade med en tykkelse på 2 mm kan bruges i årtier uden fejl under normale arbejdsforhold. Det er denne "kemiske barriere"-egenskab, der gør rent nikkel til det eneste langsigtede{18}}pålidelige valg til nøgledele såsom plader, elektrodesubstrater og konnektorer i alkaliske elektrolytiske celler.
Essensen af elektrolytisk brintproduktion er at omdanne elektrisk energi til kemisk energi, og strømforbruget er kernen i driftsomkostningerne. Resistiviteten af rent nikkel er kun 6,99×10⁻⁸ Ω·m (20 grader), hvilket er lidt lavere end kobber, men meget bedre end jern (ca. 1,0×10⁻⁷ Ω·m) og rustfrit stål (ca. 7,0×10⁻⁷ Ω·m). Som en elektrodeplade kan rent nikkel effektivt reducere ohmsk polarisering og reducere ineffektiv opvarmning, hvorved strømeffektiviteten og brintproduktionen pr. enheds strømforbrug forbedres. Samtidig er den termiske ledningsevne af rent nikkel (ca. 90 W/(m·K)) cirka tre gange højere end for rustfrit stål, hvilket er gavnligt for den ensartede ledning og afledning af varme inde i elektrolysecellen, hvilket forhindrer lokal overophedning i at forårsage nedbrydning af membranmaterialet eller hurtig fordampning af alkaliopløsningen. I store-H4-projekter kan effekten af en enkelt elektrolysator nå op på adskillige megawatt. Selvom der kun er en lille forskel i resistivitet, er den kumulative forskel i energiforbrug betydelig - ved at bruge rene nikkelelektroder sammenlignet med nikkel-belagte kulstofstålelektroder kan spare 5 % til 8 % af eludgifterne i hele livscyklussen. Dette er et økonomisk regnskab, som projektinvestorer lægger stor vægt på.
H4-projekter kræver ofte en brintproduktionskapacitet på en enkelt celle for at nå 1000 Nm³/h eller endnu højere, hvilket kræver, at pladediameteren overstiger 1,8 meter, og at elektrodestrukturen er komplekse - tætte omledningshuller, fremspring og strømningskanaler skal udstanses for at optimere elektrolytfordelingen og gasudviklingen. Rent nikkel har en flade-centreret kubisk gitterstruktur, fremragende plasticitet og en forlængelseshastighed på 30 % til 40 %. Det kan modstå kold deformationsbehandling såsom dybtrækning, strækning og bøjning uden at revne. Fra rene nikkelbarrer til smeltning, varmvalsning og koldvalsning til 0,2 mm ultra-tynde brede strimler (bredde op til 1250 mm), bliver de derefter stemplet og formet på én gang gennem en speciel form for at forberede en integreret nikkelplade med en ydre diameter på næsten 2 meter.
Sammenlignet med den tidlige lille--format nikkelpladesplejsningsmetode reducerer denne overordnede stanseproces antallet af svejsninger med mere end 30 %, hvilket ikke kun forbedrer den strukturelle styrke, men også eliminerer risikoen for foretrukken korrosion forårsaget af komponentadskillelse og resterende spænding ved svejsningerne, hvilket i høj grad forbedrer udstyrets pålidelighed og ensartethed. Derudover kan rent nikkel let svejses eller sintres med sammensatte elektrodematerialer såsom nikkelnet og nikkelskum for at danne en integreret "substrat + katalytisk lag" elektrode, hvilket yderligere optimerer gas-væske-to--flowet.
For at forbedre kinetikken af brintudvikling og oxygenudviklingsreaktioner understøtter moderne alkaliske elektrolysatorer normalt aktive katalysatorbelægninger på rene nikkelsubstrater, såsom Raney-nikkel, nikkel-koboltlegering, nikkel-jernlagsdobbelthydroxid osv. Overfladen af rent nikkel har en moderat kemisk ruhed og bindingsevne med moderat ruhed og bindingsflade og kan danne en stærk kemisk bindingsaktivitet med en række kemiske grænseflader. hvilket ikke kun sikrer hurtig elektrontransmission, men også forhindrer belægningen i at falde af. Endnu vigtigere er det, at den termiske udvidelseskoefficient for rent nikkel er tæt på den for de fleste nikkel-baserede katalysatorer. Under de hyppige start og stop af elektrolysatoren og temperaturudsving vil der ikke opstå revner eller afskalninger mellem belægningen og underlaget på grund af forskelle i termisk spænding. Denne "kompatibilitet" fordel er svær at matche med andre basismaterialer såsom kobber og rustfrit stål. Undersøgelser har vist, at ved samme strømtæthed kan overpotentialet af en ren nikkel-baseret ladet Raney-nikkelelektrode reduceres til mindre end 200mV, hvilket fordobler ydeevnen af en blank nikkelelektrode (overpotentiale på omkring 400mV). Dette skyldes udelukkende den synergistiske effekt af underlaget og belægningen.
Fra et fuld livscyklusperspektiv er nikkel et 100 % genanvendeligt metal. Skrotnikkelplader kan genbruges til at producere nye plader efter omsmeltning og raffinering, hvilket i høj grad reducerer ressourceafhængighed og kulstofemissioner. I sammenhæng med stadig strengere globale kulstoftariffer og ESG-krav giver denne miljøegenskab H4-projekter en højere grøn præmie.
For at opsummere, er grunden til, at rene nikkelplader er så udbredt i H4-brintprojekter, ikke på grund af en enkelt fordel, men fordi den samtidig opnår den optimale balance i scenariet for alkalisk elektrolysebrintproduktion i fem hoveddimensioner: korrosionsbestandighed, elektrisk og termisk ledningsevne, forarbejdning og støbning, katalysatorkompatibilitet og miljøvenlig forsyningskæde. Denne "tøndeeffekt" af omfattende ydeevne - ingen mangler- er den grundlæggende årsag til, at den skiller sig ud fra mange kandidatmaterialer. Efterhånden som brintenergiindustrien bevæger sig i retning af større skala og højere effektivitet, vil status for rene nikkelplader ikke blot ikke blive svækket, men vil også blive yderligere konsolideret gennem legeringsmodifikation og overfladeteknik, og fortsætter med at spille "nøglematerialets hjørnesten" i den grønne brintenergi-æra.
lisa
Salgschef
Telefonnummer/weChat/whatsApp
(82)-18291772322
Ta-Nb@titanmsgp.com
