Gelişmiş Hidrojen Enerjisi Elektrolizör Uygulamaları İçin Yüksek Saflıkta Nikel Elektrot Mesh Tanıtımı

Dokuma bir nikel ağ, aynı anda üç işi yapmak üzere bir elektrolizör hücresine yerleştirilir ve spesifikasyon kararları, üçünden hangisinin belirli bir hücre tasarımında bağlayıcı olduğuna göre belirlenir. Ağ, hidrojen ve oksijen reaksiyonlarının gerçekleştiği elektrot yüzeyini taşır, baradan akımı aktif alana yayar ve elektrolitin alttaki metale ulaşabilmesi için gazın ayrılacağı bir yüzey sağlar.

Nikel, alkali su elektrolizi için standart elektrot malzemesidir ve bunun nedeni tanıtım amaçlı değil, yayınlanmıştır. Potasyum hidroksit, asit elektrolitin neden olduğu korozyon kaybını önlediği için elektrolit olarak kullanılır ve nikel, yüksek aktivitesi, bulunabilirliği ve maliyeti nedeniyle seçilen elektrot malzemesidir. Bu üç kelime maddi kararı tanımlıyor ve aynı zamanda onun sınırlarını da işaret ediyor: Nikelin hizmet ettiği aile alkalin olanıdır.

Aşağıda mesh alıntısına ait malzeme ve geometri içeriği yer almaktadır. Saflık rakamının gerçekte hangi dereceyi tanımladığı, ağ sayısı ile tel çapının nasıl birleştiği ve yayınlanmış aralıklardan hangisinin birlikte örülebileceği, ağın hayatta kalması gereken çalışma alanı, hizmet ettiği elektroliz teknolojileri ve korozyondan korunan bir parçadan farklı olarak bir elektroda ait olan yüzey işlemi.

Hücredeki Mesh Ne İşe Yarar?

Hücre kayıplarının yayınlanmış analizi, bir alkalin hücrenin direncini bir elektrik grubuna, bir taşıma grubuna ve bir reaksiyon grubuna böler ve bir ağ sayısı seçmeden önce ağı bu listeye yerleştirmeye değer. Kayıplar, dış devre ve bağlantıları, anottaki oksijen oluşumu reaksiyonunun aşırı potansiyeli, anotun oksijen kabarcıkları tarafından kaplanması, elektrolit yoluyla iyon taşınması, diyafram veya membranın direnci, katodun hidrojen kabarcıkları tarafından kaplanması ve katottaki hidrojen oluşumu reaksiyonunun aşırı potansiyeli yoluyla gerçekleşir. Elektrot metalinin toplu direnci kendi başına bir terim olarak görülmez çünkü bu kesitteki metal ağda reaksiyon ve kabarcık terimleriyle karşılaştırıldığında küçüktür.

Bu listeleme, ağ spesifikasyonunun ne için olduğunu değiştirir. Ağ, kendi iletkenliği için değil, etrafındaki terimlere yaptığı etki nedeniyle seçilmiştir.

Neden Nikel ve Nerede Çalışmayı Durduruyor?

Ticari olarak saf nikel, kendi malzeme bülteninde, alkalin hücrenin dayandığı özellik olan kostik alkalilere karşı mükemmel direnç olarak tanımlanıyor ve aynı bülten, kostik hizmetinin bu direnç üzerine inşa edilen uygulamalardan biri olduğunu belirtiyor. Bu nedenle ağ kendisine uygun olan tek elektrolit ailesinde çalışmaktadır ve elektrolit de kısmen aynı sebepten dolayı seçilmektedir. Seçimin temeli ve sınırı da budur: Elektroliti asit olan bir hücre, nikel hücresi değildir.

Ancak materyal bakım gerektirmez ve yayınlanan mekanizma spesifiktir. Nikel elektrotların devre dışı kaldığı rapor edilmiştir ve bu devre dışı kalma için tanımlanan mekanizma, yüksek hidrojen konsantrasyonu altında elektrot yüzeyinde bir nikel hidrit fazının oluşmasıdır. Yayınlanan çözüm bir kaplamadır: demir kaplama, hidrit fazının oluşmasını engeller ve dolayısıyla deaktivasyonu önler. Çözünmüş vanadyum türlerinin alkali ortamda da nikel katotlarını aktive ettiği bildirilmektedir.

Kaplanmamış bir ağın yeterli olup olmadığına karar veren iki yayınlanmış gerçek daha var. Oksijen evrimini azaltmak, hidrojen evriminden daha zor olarak tanımlanmaktadır çünkü mekanizması daha karmaşıktır ve daha az geri döndürülebilirdir. Ve elektrot tasarımı uygulaması literatürde her zaman katkılamayı veya daha kararlı ve aktif bir katmanın kaplanmasını içeren şekilde tanımlanmaktadır, çünkü elektrot bir iletken olduğu kadar bir katalizördür. Ölçülen yayılma geniştir. 80 °C'de %28 potasyum hidroksitte, aktifleştirilmiş bir nikel-demir-çinko kompozitinin, yumuşak çelik için yaklaşık 400 mV'ye karşılık 100 mV civarında bir oksijen aşırı potansiyelinde rapor edilmiştir ve diğer yayınlanmış elektrot malzemeleri, ağırlıkça %28 sodyum hidroksitte 1.500 A/m²'de bir nikel-kükürt-kobalt yatağı için 70 mV'de ve nikel-molibden için 185 mV'de rapor edilmiştir. 6 M potasyum hidroksitte 3.000 A/m²'de birlikte biriktirme.

Pratik okuma, kaplanmamış bir nikel ağın işe yaradığı ve temel olduğu ve en iyi verim iddiasının çıplak metale değil, kaplanmış veya aktifleştirilmiş bir elektroda ait olduğu yönündedir. Çıplak ağ için fiyat teklifi ve aktifleştirilmiş elektrot için fiyat teklifi iki farklı üründür.

Saflık Figürünün Arkasındaki Derece

Yüksek saflıkta nikel, tek bir ticari tanım ve iki spesifikasyon altında satılmaktadır ve yalnızca yüzdeyi taşıyan bir ağ sorgusu, seçeneği açık bırakmaktadır. Bu sınıftaki işlenmiş nikel, bülteninde %99,6 oranında ticari olarak saf olarak tanımlanır ve satılan spesifikasyon, nikel artı kobalt için minimum %99,0'ı belirler ve denge kontrollü kalıntılarla sağlanır. %99,6'lık popüler rakam nominal ticari saflıktır ve spesifikasyon minimumu değildir ve iki sınıfı ayıran element karbondur.

Ağın sonucu hücrede değil üretim yolundadır. Bir elektrolizör 315 °C'nin çok altında çalışır, bu nedenle her iki sınıf da hizmete dayanabilir. Dokuma sonrası tavlama, karar veren adımdır, çünkü düşük karbonlu kalitenin koruduğu şey, grafitizasyon bandında bir tavlama veya fırının bu bantta bir gezinilmesidir. % 99,6 belirten ve başka hiçbir şeyin hangi kalitenin teslim edileceğini belirtmediği bir hasır siparişi ve parlak tavlanacak bir hasırın tavlamayı atlatan kaliteyi taşıması gerekir.

Hücrede Önemli Olan Sabitler

Dövme kaliteler için yayınlanmış fiziksel sabitler aşağıda verilmiştir. Elektriksel direnç sırası bakım gerektiren kısımdır ve tablodan sonra ayrı olarak ele alınır.

Saf nikel için dolaşan direnç değeri (20 °C'de 6,99 mikro-ohm santimetre), yüksek saflıkta nikel metali için bir el kitabı değeridir ve işlenmiş kalite için yayınlanmış sayı değildir. Dereceye ilişkin bülten rakamı 0,096 mikro-ohm metredir, yani 9,6 mikro-ohm santimetredir ve neredeyse üçte bir oranında daha yüksektir, bu da kontrollü artıkların maliyetidir. Düzeltmenin yönü malzemeyi düzleştirmez ve bunun ikinci kısmı hücre tasarımcısının ihtiyaç duyduğu şeydir: direnç sıcaklıkla birlikte artar, 20 °C'de 0,096 mikro-ohm metreden 100 °C'de 0,130'a çıkar, dolayısıyla kullanılacak değer oda sıcaklığında değil, çalışma sıcaklığındaki değerdir.

Mesh Geometrisi ve Hangi Aralıkların Birlikte Dokunabileceği

Üç sayı dokuma ağı tanımlar ve bunlardan yalnızca ikisi bağımsızdır. Ağ sayısı, bir doğrusal inçteki açıklıkların sayısıdır. Hatve, iki bitişik telin merkezleri arasındaki mesafedir ve 25,4'ün milimetre cinsinden ağ sayısına bölünmesiyle elde edilir. Tel çapı telin ölçtüğü değerdir. Açıklık diğer ikisinden, hatve eksi tel çapı olarak elde edilir ve açık alan, açıklık ve hatveden, aralarındaki oranın karesi olarak elde edilir. Bu nedenle bir teklif için yalnızca ağ sayısı ve tel çapı gerekir ve diğer her şey hesaplanabilir; bu aynı zamanda alıcının aldığı teklifi bu şekilde kontrol edebilir.

Tabloyu aşağıya doğru okuduğunuzda yayınlanan aralıklar üst kısımda birbirinden ayrılır. Son sıra çalışmayan durumdur: 200 mesh'te adım 0,127 mm'dir, dolayısıyla yayınlanan çap aralığındaki en ince tel, 0,027 mm'lik bir açıklık ve %4,5'lik bir açık alan bırakır; bu, aynı spesifikasyon tablosundaki %30'luk tabanın bir kesridir. Hangi tel kullanılırsa kullanılsın, 200 mesh olarak teklif edilen bir mesh %30 ila %65 açık alanda teslim edilemez çünkü en küçük yayınlanmış tel bile pitch'in %79'unu tüketir. Yayınlanan üç seri, ücretsiz bir menüyü değil, bir ürün ailesini tanımlamaktadır ve bir kombinasyon, alıntı yapılmadan önce geometriye göre kontrol edilmelidir.

Örgü tipi de aynı nedenden dolayı önemlidir. Düz bir örgü, bir teli üstten ve alttan birbirine kenetler; bu, yukarıdaki tabloda yuvarlak açıklığı ve açık alanları verir. Dimi dokuma, teli iki üzerinden ve ikinin altından geçirir; bu, aynı sayıda daha ağır bir telin kullanılmasına izin verir ve daha yoğun bir kumaş üretir ve Hollanda dokuma, iki yönde farklı çaplar kullanır ve elekten ziyade filtreye daha yakın bir kumaş üretir. Genişletilmiş metal yine farklı bir geometridir: bir levhanın kesilmesi ve gerilmesiyle üretilir, dolayısıyla geçmeli teli yoktur, açık alanı tel çapına göre değil yarık desenine göre belirlenir ve ağ sayısı aynı şekilde tanımlanmaz. Dokuma tel örgü ve genişletilmiş metal örgüyü tek hat olarak sunan bir spesifikasyon, iki farklı ürünü tek bir üründe sıkıştırmıştır ve bunların farklı önlemlerle fiyatlandırılması ve denetlenmesi gerekir.

Mesh Sayısı Toleransının Diyaframa Ne Yaptığı

Örgü sayımı bir tolerans taşır ve tolerans, örgünün iki yönünde ayrı ayrı uygulanır. Dokuma tel kumaş spesifikasyonunda yayınlanan değerler, 30 mesh'ten daha kalın kumaşlar için çözgü yönünde artı veya eksi %2, şut yönü artı veya eksi %5'tir, ardından çözgüde artı veya eksi %2, 30 mesh'in üzerinde ve 200 mesh'e kadar olan kumaşlar için çözgüde artı veya eksi %4 ve çözgüde artı veya eksi %3 ve daha ince kumaşlar için çözgüde artı veya eksi %4'tür. 200 ağ.

Efekti, bir elektroliz elektrotu için çalışan bir kombinasyon olan 0,20 mm tel ile 40 gözenekli bir bez üzerinde uygulayın. Nominal adım 0,635 mm ve nominal açıklık 0,435 mm'dir. Toleransının üst ucundaki çözgü sayısı inç başına 40,8 teldir, bu da adımı 0,6225 mm'ye ve açıklığı 0,4225 mm'ye koyar ve alt uçtaki çözgü sayısı inç başına 39,2 teldir, bu da adımı 0,648 mm'ye ve açıklığı 0,448 mm'ye koyar. Bu nedenle alıcının aldığı açıklık, nominal olarak 0,435 mm'lik bir rakam üzerinde yaklaşık 0,026 mm'lik veya artı veya eksi %3'lük bir bant boyunca hareket eder ve açık alan da onunla birlikte %44,4'ten %49,4'e hareket eder. Yalnızca ağ sayısını ve tel çapını belirten bir ağ bilgisinin bir spesifikasyon olmamasının nedeni budur: açıklık ve açık alan, her yönde bir tolerans taşıyan dokuma halindeki sayımdan kaynaklanır.

Mesh'in Hayatta Kalması Gereken Çalışma Zarfı

Ağın hizmet sırasında karşıladığı koşullar, dereceyi ve yüzey durumunu belirler ve alkalin hücreler için yayınlanan rakamlar dar bir aralıkta yer alır.

Bunu iki sonuç takip ediyor. Birincisi, hesaplamaya ait direnç rakamını atölyenin sıcaklığı değil, hücrenin sıcaklığı belirler. İkincisi, elektrot yüzeyinden elektrokimya yapması isteniyor ve bu yüzeyin durumu bir bitirme detayı değil, bir spesifikasyon öğesidir.

Mesh Hangi Elektrolizör Teknolojilerine Hizmet Veriyor

Bir ağın genel olarak elektrolizör teknolojilerine uygun olduğu iddiasının nitelendirilmesi gerekiyor, çünkü teknolojiler elektrolit açısından farklılık gösteriyor ve nikelin doğru metal olup olmadığına elektrolit karar veriyor.

Bu nedenle, teknolojiyi isimlendirmeden elektrolizör bileşenlerini isimlendiren bir talep, bir ağ teklif edilmeden önce bir sorunun yanıtlanmasını gerektirir ve bu ticari bir soru değildir. Asidik membran hücresinin elektrodu farklı bir materyal tartışmasıdır.

Elektrot Üzerinde Yüzey İşlemi

Üç tedavi genellikle bir ağ teklifinde listelenir ve bunlardan ikisi bir elektroda aitken üçüncüsü farklı bir iş yapar. Tavlamanın burada iki amacı vardır: dokumanın tele uyguladığı gerilimi ortadan kaldırır ve malzemeyi çatlamadan düzleştirilebilecek, kesilebilecek ve kaynak yapılabilecek kadar yumuşak bırakır; bu, tavlanmış nikelin düşük sertliğe ve iyi sünekliğe sahip olduğunu belirttiğinde bültenin kalite için tanımladığı durumdur. Temizleme, ısıl işlemden ve montajdan önce gresi ve çizim kalıntılarını giderir ve nikel yüzeyinde kalan gres, tavlama sıcaklığında bir karbon kaynağı olduğundan, yapısal bir parçada olduğundan daha önemlidir.

Üçüncü kelimenin bir karara ihtiyacı var. Pasivasyon bir korozyon koruma işlemidir ve bir bariyer filmi üretir ve elektrot yüzeyinin elektrokimyasal olarak aktif olması amaçlanır. Bir hücreye yerleştirilen bir elektrot, hizmet sırasında kendi oksidini üretecektir ve elektrot üzerinde pasif bir yüzey isteyen bir spesifikasyon, hücrenin daha sonra üzerinde çalışmak zorunda kalacağı bir film istemektedir. Bir elektrot için anlamlı seçenekler, çıplak bir ağ için temiz, gerilmemiş bir yüzey veya hücre tasarımının gerektirdiği, yayınlanmış elektrot tasarım uygulamasının açıkladığı doping veya kaplama adımı olan kasıtlı bir aktivasyon işlemidir.

Talebin nereden geldiği

Elektrot bileşenlerine olan talep, metal fiyatını değil, elektrolizör kapasitesindeki artışı takip ediyor ve bu artışa ilişkin yayınlanan tahminler geniş. Bir pazar araştırma kurumundan yapılan bir tahmin, elektrolizör pazarının 2024'te 3,75 milyar ABD dolarına, 2030'da ise 78,01 milyar ABD dolarına, yani yıllık %65,9'luk bileşik büyüme oranına ulaşacağını öngörüyor. Diğer kuruluşların tahminleri önemli ölçüde daha düşük ve Uluslararası Enerji Ajansı tarafından yapılan ilk yıllık sektör incelemesi, duyurulan proje hatları ile nihai yatırım kararına ulaşan kapasite arasında büyük bir boşluk olduğunu ortaya koyuyor. Büyümenin yönü yayınlanan kaynaklarda kabul edilmiştir ve oran değildir; bu cümlenin dürüst şeklidir ve bir kapasite planının bir tedarikçinin görebileceği proje hattı üzerine inşa edilmesi ve manşet oranına göre inşa edilmesinin nedeni budur.

Alıcıların Sorduğu Sorular

Mesh hangi nikel kalitesine göre sipariş edilmelidir?

UNS numarasını belirtin, ticari açıklamayı değil. Nikel 200, UNS N02200'dür ve Nikel 201, UNS N02201'dir ve aralarındaki fark, maksimum %0,02'ye karşı maksimum %0,15 oranında karbondur. Dokunduktan veya bir düzeneğe kaynak yapıldıktan sonra tavlanacak bir ağ düşük karbonlu sınıfa göre sipariş edilmelidir, çünkü yayınlanan kılavuz Nikel 200'ün 600 °F veya 315 °C'nin altında hizmet vermesini sınırlar ve 800 °F ile 1.200 °F arasında uzun süre maruz kalmanın grafiti çökelttiğini ve özelliklerini ciddi şekilde tehlikeye atabileceğini bildirir. Elektrolizörün kendisi asla bu sıcaklıklara ulaşmaz, bu nedenle seçim hücre tarafından değil üretim yöntemi tarafından yapılır.

Spesifikasyon minimumu %99,0 olduğunda %99,6 saflık rakamı ne anlama gelir?

İkisi farklı ifadelerdir. Bu ailedeki işlenmiş kaliteler, üretici bülteninde ticari olarak %99,6 oranında saf olarak tanımlanmaktadır ve bunların satıldığı spesifikasyon, kontrollü kalıntılarda denge ile nikel artı kobalt için minimum %99,0'ı belirlemek üzere satılmaktadır. %99,6 rakamı nominal ticari saflığı, %99,0 rakamı ise sertifikanın kontrol edildiği tabanı gösterir. Bir satın alma siparişi UNS numarasını taşımalıdır ve saflık açıklaması onun yerine değil, ticari bir etiket olarak siparişin yanında yer almalıdır.

Bir elektroliz elektrotu için hangi ağ sayısı belirtilmelidir?

Sayım, hücre tasarımında üç rolden hangisinin bağlayıcı olduğunu takip eder. Elektrot yüzey alanının sınırlayıcı faktör olduğu durumlarda, daha ince bir tel ile daha ince bir sayım, öngörülen alan birimi başına daha fazla tel verir ve gaz salınımı ve elektrolit erişiminin sınırlayıcı faktörler olduğu durumlarda, daha ağır bir tel ile daha kaba bir sayım, daha açık bir kumaş ve daha sert bir panel sağlar. Yayınlanan direnç analizinde, her iki elektrottaki kabarcık kapsamı, taşıma dirençlerinden biridir ve örgünün açık alanı, buna etki eden ağ özelliğidir. 0,15 ila 0,30 mm'lik bir tel ile 20 ila 60 ağ gözü arasındaki bir sayı, çalışma kombinasyonlarını kapsar ve yukarıdaki geometri tablosu, yayınlanan aralığın en üstündeki bir sayının neden geniş bir açık alanla eşleştirilemeyeceğini gösterir.

Yayınlanan tel çapı ve ağ sayısı aralıkları serbestçe birleştirilebilir mi?

Hayır. Hatve, 25,4'ün milimetre cinsinden sayıya bölünmesiyle elde edilen ağ sayısıyla sabitlenir ve telin, kalan bir açıklıkla bunun içine sığması gerekir. 200 mesh'te adım 0,127 mm'dir, dolayısıyla 0,10 mm'lik yayınlanmış en ince tel bile 0,027 mm'lik bir açıklık ve %4,5'lik bir açık alan bırakır; bu da aynı spesifikasyon tablosunun %30'luk tabanının çok altındadır. Yayınlanan aralıklar, bir tedarikçinin çalışabileceği kapsamı tanımlar ve belirli bir kombinasyonun geometriye göre doğrulanması gerekir. Farklı bir işlev için çok ince bir sayım gerektiğinde, açık alan gereksinimi gevşetilmeli ve geniş bir açık alan gerektiğinde sayım azaltılmalıdır.

Ağın alkali hizmet için aktive edici bir kaplamaya ihtiyacı var mı?

Çıplak nikel işe yarar ve alanın geri kalanının ölçüldüğü temel çizgi budur. Yayınlanan elektrot tasarımı uygulaması yine de her zaman katkılamayı veya daha kararlı ve aktif bir katmanın kaplanmasını içeren şekilde tanımlanmaktadır, çünkü elektrot bir katalizör görevi görür ve hücre verimliliğini belirleyen şey aşırı potansiyeldir. Ölçülen yayılma şunu desteklemektedir: 80 °C'de %28 potasyum hidroksit içinde aktifleştirilmiş bir nikel-demir-çinko kompoziti, yumuşak çelik için yaklaşık 400 mV'ye karşılık 100 mV'a yakın oksijen aşırı potansiyeli rapor edilmiştir. Oksijen oluşumunun azaltılmasının hidrojen oluşumuna göre daha zor olduğu da bildirilmektedir. Bu nedenle karar, bir hücre tasarımı kararıdır ve ağ teklifi, aktivasyonun dahil edilip edilmediğini belirtmelidir.

Nikel ağ, proton değişim membranı hücresi için uygun mudur?

Hayır ve nedeni elektrolittir. Bir proton değişim membranı hücresi, asidik bir polimer membranla çalışır ve alkalin elektrolizin potasyum hidroksit kullanmasının yayınlanmış nedeni, asit elektrolitin neden olduğu korozyon kaybını önlemesidir. Nikeli alkalin elektrot yapan malzeme özelliği, zıt ortam olan kostik alkalilere karşı dirençtir. Nikel örgü, alkali su elektrolizi ve anyon değişim membran elektrolizi olan alkalin ailesine aittir ve asidik membran hücresi için yapılan bir araştırma, farklı bir malzeme seçimidir.

Özet

Saf nikel elektrot ağı, ağ sayısı ve tel çapı olmak üzere iki sayıyla belirtilir ve geometrisiyle ilgili diğer her şey bunlardan kaynaklanır. Malzemesi bir UNS numarasıyla belirtilir, çünkü %99,6'lık ticari saflık tanımı bir etikettir ve minimum spesifikasyon nikel artı kobalt için %99,0'dır ve %0,15'e karşı %0,02'lik karbon, iki sınıftan hangisinin tavlama adımından sonra hayatta kalacağına karar verir. Kullanışlı aralığın en üstündeki sabitleri