Dlaczego czysta płyta niklowa jest szeroko stosowana w wodorze H4

W elektrolizie wody alkalicznej do produkcji wodoru jako elektrolit wykorzystuje się około 30% roztwór KOH. Temperatura robocza wynosi zwykle od 70 do 90 stopni, a niektóre zaawansowane zbiorniki osiągają nawet ponad 120 stopni. W tak wysokiej temperaturze, wysokim stężeniu i silnym środowisku zasadowym większość metali ulegnie silnej korozji: na stali węglowej w ciągu kilku godzin wystąpi równomierna korozja i korozja wżerowa. Chociaż stal nierdzewna ma pewną odporność na korozję, jej-długoterminowa stabilność w roztworze alkalicznym jest znacznie mniejsza niż w przypadku niklu. Odporność czystego niklu na korozję zasadową wynika ze spontanicznego tworzenia się na jego powierzchni gęstej i stabilnej warstwy pasywacyjnej NiO/Ni(OH)₂. Powłoka ta jest prawie nierozpuszczalna w mediach alkalicznych i ma-właściwości samonaprawy-, nawet jeśli zostanie mechanicznie zarysowana, można ją szybko zregenerować w roztworze alkalicznym. Dane eksperymentalne pokazują, że szybkość korozji czystego niklu we wrzącym 50% roztworze sody kaustycznej wynosi zaledwie 0,01 ~ 0,02 mm/rok, co oznacza, że ​​płyta niklowa o grubości 2 mm może być używana przez dziesięciolecia bezawaryjnie w normalnych warunkach pracy. To właśnie ta właściwość „bariery chemicznej” sprawia, że ​​czysty nikiel jest jedynym-niezawodnym wyborem w dłuższej perspektywie na kluczowe części, takie jak płytki, podłoża elektrod i złącza w alkalicznych ogniwach elektrolitycznych.

Istotą produkcji wodoru elektrolitycznego jest zamiana energii elektrycznej na energię chemiczną, a zużycie energii stanowi podstawę kosztów operacyjnych. Rezystywność czystego niklu wynosi tylko 6,99×10⁻⁸ Ω·m (20 stopni), czyli jest nieco niższa niż miedź, ale znacznie lepsza niż żelazo (około 1,0×10⁻⁷ Ω·m) i stal nierdzewna (około 7,0×10⁻⁷ Ω·m). Jako płyta elektrodowa, czysty nikiel może skutecznie zmniejszyć polaryzację omową i zmniejszyć nieefektywne ogrzewanie, poprawiając w ten sposób wydajność prądową i produkcję wodoru na jednostkę zużycia energii. Jednocześnie przewodność cieplna czystego niklu (około 90 W/(m·K)) jest w przybliżeniu trzykrotnie większa niż stali nierdzewnej, co korzystnie wpływa na równomierne przewodzenie i rozpraszanie ciepła wewnątrz ogniwa elektrolitycznego, zapobiegając miejscowemu przegrzaniu powodującemu degradację materiału membrany lub szybkie odparowanie roztworu alkalicznego. W dużych-projektach H4 moc pojedynczego elektrolizera może sięgać kilku megawatów. Nawet jeśli różnica w rezystywności jest niewielka, skumulowana różnica w zużyciu energii jest znaczna. - Zastosowanie elektrod z czystego niklu w porównaniu z elektrodami niklowanymi-ze stali węglowej pozwala zaoszczędzić od 5% do 8% wydatków na energię elektryczną w całym cyklu życia. Jest to rachunek ekonomiczny, do którego inwestorzy projektu przywiązują dużą wagę.

Projekty H4 często wymagają, aby wydajność pojedynczego ogniwa wytwarzała wodór na poziomie 1000 Nm3/h lub nawet więcej, co wymaga średnicy płyty przekraczającej 1,8 metra i złożonej struktury elektrody. - należy wyciąć gęste otwory dywersyjne, występy i kanały przepływowe, aby zoptymalizować dystrybucję elektrolitu i wydzielanie gazu. Czysty nikiel ma sześcienną strukturę sieciową-centrowaną na powierzchni, doskonałą plastyczność i współczynnik wydłużenia wynoszący od 30% do 40%. Może wytrzymać obróbkę odkształceń na zimno, taką jak głębokie tłoczenie, rozciąganie i zginanie, bez pękania. Od wlewków z czystego niklu po wytapianie, walcowanie na gorąco i na zimno, aż po ultracienkie-paski o szerokości 0,2 mm (szerokość do 1250 mm). Są one następnie tłoczone i formowane za jednym razem w specjalnej formie w celu przygotowania integralnej płyty niklowej o zewnętrznej średnicy prawie 2 metrów.

W porównaniu z wczesną metodą łączenia-płytek niklowych w małych formatach, ten ogólny proces tłoczenia zmniejsza liczbę spoin o ponad 30%, co nie tylko poprawia wytrzymałość konstrukcyjną, ale także eliminuje ryzyko preferencyjnej korozji spowodowanej segregacją komponentów i naprężeniami szczątkowymi na spoinach, znacznie poprawiając niezawodność i spójność sprzętu. Ponadto czysty nikiel można łatwo spawać lub spiekać z kompozytowymi materiałami elektrodowymi, takimi jak siatka niklowa i pianka niklowa, tworząc zintegrowaną elektrodę „podłoże + warstwa katalityczna”, co dodatkowo optymalizuje dwufazowy przepływ-cieczy-gazu.