Электроды для электролиза щелочной воды. Электролизеры для производства водорода. Принципы, материалы и конструкции.

Электроды для электролиза щелочной воды. Электролизеры для производства водорода. Принципы, материалы и конструкции.

1. Принцип действия электрода

Прежде всего, роль электрокатализатора в электролизер для производства водорода имеет решающее значение. Это место, где происходит электрохимическая реакция, и фундаментальный фактор, определяющий эффективность производства водорода в электролизере для производства водорода.

Теоретически напряжение электролиза воды составляет 1,23 В, а напряжение термонейтрали — 1,48 В. Однако в реальной крупносерийной аппаратуре напряжение одной электролизной камеры достигает около 2 В. В условиях работы с высокой плотностью тока ( рабочий ток промышленного электролизера составляет около 3000-4000 А), большую часть составляет электрохимическая поляризация катода и анода.

2. Материалы и конструкция электродов.
В настоящее время с точки зрения научных исследований существует множество типов катализаторов щелочного электролиза воды, в том числе катализаторы на основе драгоценных металлов (Pt, Pd, Au, Ag и т. д.), катализаторы на основе недрагоценных металлов (Fe, Co, Ni и т. д.). .), а также катализаторы на неметаллической основе (углеродные материалы и т.п.).

В настоящее время большинство катализаторов, используемых в крупных электролизерах, представляют собой катализаторы на основе никеля, сетку из чистого никеля или вспененный никель, либо высокоактивные катализаторы на основе никеля (никель Ренея, активированный сульфид никеля, сплав NiMo или активированный NiAl и т. д.), напыленные на этой основе.

В электролитической камере находятся два катализатора: один на катоде и один на аноде, распределенные по обе стороны диафрагмы и находящиеся в непосредственном контакте с диафрагмой. Форма обычно соответствует форме электролизера (обычно круглая), а ее геометрическая площадь равна эффективной площади электролизера.

Ni-сетка обычно изготавливается из никелевой проволочной сетки размером 40-60 меш, разрезанной по кругу, а диаметр никелевой проволоки составляет около 200 мкм. Хотя структура никелевой проволочной сетки проста, площадь ее поверхности намного больше, чем у никелевой пластины. Когда на элемент подается одинаковое напряжение, появляется больше мест для электрохимической реакции, которая может генерировать больший ток.

Благодаря постоянному развитию производство водорода из возобновляемых источников энергии промышленности требования к крупногабаритному электролизерному оборудованию становятся все выше и выше. Простое наложение ячеек приведет к тому, что длина электролизера будет слишком большой, что не способствует сборке и установке электролизера. Есть также много проблем, таких как проваливание в середине электролизера.

Следовательно, это реальный путь улучшения плотности тока за счет оптимизации катализатора. Согласно закону Фарадея, масса вещества, претерпевающего химические изменения на границе раздела электродов, пропорциональна количеству поступившего электричества. Ключом к увеличению плотности тока является увеличение скорости электрохимической реакции на поверхности катализатора под данной ячейкой. напряжение, которое зависит от двух аспектов характеристик катализатора, а именно количества каталитических центров и собственной активности каталитических центров.