Elektroden voor elektrolyse van alkalisch water Waterstofproductie Elektrolyzers - principes, materialen en structuren

Elektroden voor elektrolyse van alkalisch water Waterstofproductie Elektrolyzers - principes, materialen en structuren

1. Elektrodewerkingsprincipe

Allereerst de rol van de elektrokatalysator daarin waterstofproductie-elektrolysator is cruciaal. Het is de plaats waar elektrochemische reacties plaatsvinden en de fundamentele factor die de waterstofproductie-efficiëntie van een waterstofproductie-elektrolysator bepaalt.

Theoretisch is de spanning van waterelektrolyse 1,23 V en de thermische neutrale spanning 1,48 V. In daadwerkelijke grootschalige apparatuur bereikt de spanning van een enkele elektrolysekamer echter ongeveer 2 V. Onder de voorwaarde van werking met hoge stroomdichtheid (de bedrijfsstroom van industriële elektrolyzer is ongeveer 3000-4000A), de elektrochemische polarisatie van kathode en anode neemt een groot deel voor zijn rekening.

2. Elektrodematerialen en structuur
Momenteel zijn er vanuit wetenschappelijk onderzoeksperspectief veel soorten katalysatoren voor elektrolyse van alkalisch water, waaronder katalysatoren op basis van edele metalen (Pt, Pd, Au, Ag enz.), katalysatoren op basis van niet-edele metalen (Fe, Co, Ni enz.). .), en niet-metaalgebaseerde katalysatoren (koolstofmaterialen, enz.).

Momenteel zijn de meeste katalysatoren die in grote elektrolytische cellen worden gebruikt op Ni-basis, zuiver nikkelgaas of nikkelschuim of zeer actieve op Ni gebaseerde katalysatoren (Raney-nikkel, geactiveerd nikkelsulfide, NiMo-legering of geactiveerd NiAl, enz.) die op deze basis worden gespoten.

Er zijn twee katalysatoren in een elektrolytische kamer, één aan de kathode en één aan de anode, verdeeld over beide zijden van het diafragma en in direct contact met het diafragma. De vorm komt over het algemeen overeen met de vorm van de elektrolytische cel (meestal cirkelvormig), en het geometrische oppervlak ervan is gelijk aan het effectieve oppervlak van de elektrolytische cel.

Het Ni-gaas is over het algemeen gemaakt van Ni-draadgaas van 40-60 mesh, in een cirkel gesneden, en de diameter van de Ni-draad is ongeveer 200um. Hoewel de structuur van Ni-draadgaas eenvoudig is, is het oppervlak veel groter dan dat van Ni-plaat. Wanneer dezelfde celspanning wordt toegepast, zijn er meer locaties voor elektrochemische reacties, die een grotere stroom kunnen genereren.

Met de voortdurende ontwikkeling van hernieuwbare energie waterstofproductie In de industrie worden de eisen voor grootschalige elektrolyzerapparatuur steeds hoger. De eenvoudige superpositie van cellen zal ervoor zorgen dat de lengte van de elektrolyseur te lang wordt, wat niet bevorderlijk is voor de montage en installatie van de elektrolyseur. Er zijn ook veel problemen zoals het wegzakken in het midden van de elektrolyseur.

Daarom is het een haalbaar pad om de stroomdichtheid te verbeteren door de katalysator te optimaliseren. Volgens de wet van Faraday is de massa van de stof die chemische veranderingen ondergaat op het elektrode-grensvlak evenredig met de hoeveelheid elektriciteit die wordt doorgegeven. De sleutel tot het vergroten van de stroomdichtheid is het verhogen van de snelheid van de elektrochemische reactie op het katalysatoroppervlak onder een bepaalde cel. spanning, die afhangt van twee aspecten van de kenmerken van de katalysator, namelijk het aantal katalytische locaties en de intrinsieke activiteit van de katalytische locaties.