Ūdeņradim kā nulles oglekļa enerģijas nesējs ar ļoti lielu enerģijas blīvumu (140mj-kg -1) ir arvien lielāka uzmanība. 20% no pasaules CO2 emisijas samazināšanas var veikt ar ūdeņraža aizstāšanu 2050. gadā, un ūdeņraža patēriņš veidos 18% no pasaules enerģijas tirgus, un zaļais ūdeņradis, kas iegūts ūdens elektrolīzē, izmantojot atjaunojamos enerģijas avotus, kas veido vairāk nekā 80% no kopējās ūdeņraža enerģijas piegādes.
Pašlaik galvenās elektrolīzes tehnoloģijas ūdeņraža ražošanai ietver sārmainas ūdens elektrolīzi (ALK), protonu apmaiņas membrānas ūdens elektrolīzi (PEM), cietā oksīda ūdens elektrolīzi (SOEC) un anjonu apmaiņas membrānas ūdens elektrolīzi (AEM). Starp tiem Ķīnas sārmainās ūdens elektrolīzes aprīkojumam ir acīmredzamas priekšrocības attiecībā uz liela mēroga viena līmeņa un zemas iekārtas izmaksām, un tas ir vēlamais tehnoloģiju ceļš liela mēroga ūdeņraža ražošanas projektiem. Sany ūdeņradis kā vadošais elektrolizoru ražotājs Ķīnā ir atkarīgs no Sany tradicionālās celtniecības mašīnu vadošās tehnoloģijas, un tam ir plašs nozares atzīts sārmainais elektrolizers un PEM elektrolizera produktu klāsts ar stabilu veiktspēju tikai divu gadu laikā.
Sārmainam elektrolizatoram elektrods un diafragma kā galvenie materiāli ietekmē elektrolizētāja enerģijas patēriņu. Tāpēc augstas veiktspējas elektrods un diafragma var efektīvi samazināt mazās kameras spriegumu, lai panāktu elektrolīzes efektivitātes uzlabošanos, samazinātu enerģijas patēriņu, palielinātu vienas tvertnes gāzes ražošanu un uzlabotu elektrolizatora kalpošanas laiku. Sany ūdeņraža enerģija ir atzinusi galveno materiālu nozīmi jau tā dibināšanas agrīnajā posmā un ātri izveidojusi ūdeņraža enerģijas laboratoriju un 20MW pilnīgu mašīnas testa vietu, lai nodrošinātu datu atbalstu elektrolizētāja galveno materiālu optimizēšanai.
Plašs elektrodu diapazons
Sārmainajam elektrolīteram ir vairākas mazas kameras, no kurām katra satur divus elektrodus, vienu katodu un vienu anodu, kuru forma parasti atbilst elektrolizatora (parasti apļveida) formai un kura ģeometriskais laukums ir vienāds ar elektrolizētāja efektīvo laukumu.
(Attēls: sārmainas elektrolizatora un elektrodu shēma)
Pašlaik ir plašs elektrodu klāsts ūdeņraža ražošanai no sārmainā elektrolizētā ūdens, kas pieejams tirgū, kā arī pētniecības un attīstības jomā:
Labākie izpildītāji ir elektrodi, kas izgatavoti no dārgmetāliem (PT, PD, Ru utt.), Kas saskaņā ar teorētiskajiem datiem (Gibbs brīvā ūdeņraža adsorbcijas enerģija) ir vistuvāk optimālai katalītiskai aktivitātei visu metālisko materiālu ūdeņraža nogulsnēšanai. The Italian company Dinola uses mixed precious metal oxide coatings to make precious metal electrodes by combining the catalyst with the substrate material through pyrolytic deposition and other means, and its publicized data show that the current density is up to 900 mA-cm-2 at 80 degree alkaline solution and 2 V voltage, and that it can be kept in operation for a long time, with an electrode performance degradācijas līmenis tikai 0,5% gadā. Šie elektrodi ir pierādīti eksperimentāli un tirgū, ka tie tagad ir progresīvi materiāli ūdens sadalīšanās katalizatoriem, tomēr to plašo pielietojumu nopietni kavē to augstās izmaksas un zemā uzglabāšanas spēja.
For the latest laboratory research on electrodes, including carbon-based electrodes, nickel foam self-growth electrodes, electrodeposition, hydrothermal coating, and other electrodes with precise structure and catalytic site control, their performance is often far better than ordinary industrial electrodes, but few new materials can meet the standards in the stability test, and many of the electrode manufacturing process is limited by the complexity and difficult to scale up the process, the high research and development of new materials un ražošanas izmaksas un citi faktori. Daudzus elektrodu ražošanas procesus ierobežo sarežģīti un grūti mērogi procesi, jaunu materiālu augstās pētniecības un attīstības un ražošanas izmaksas un citi faktori, apgrūtinot liela mēroga ražošanu un pielietojumu.
Mūsdienās lielās elektrolīzes tvertnēs plaši izmanto neprecizētu metālu (NI, FE, MO, CO utt.) Elektrodus. Pašlaik lielākā daļa elektrodu, kas izmantoti liela mēroga sārmainas elektrolīzes tvertnēs Ķīnā, ir Raney niķeļa elektrodi, kas sagatavoti ar termiskās izsmidzināšanas procesu, kas parasti balstās uz niķeļa aci un izsmidzināts ar neprecizētu metāla augstas aktivitātes katalizatora elektrodiem un elektrodiem, kas apstrādāti ar izsmidzināšanu, kas apstrādā ar premjerministru.
Nepārtraukti optimizējot elektrodu veiktspēju, nepieciešamībai iet tālāk, lai sasniegtu naudas vērtību, ir jāpalielina katalītiski aktīvo vietu skaits un aktivitāte. Optimizācija jāveic mikroskopiskākā mērogā, piemēram, kā substrāta izmantošana Ni acs, uzlabojot izsmidzināšanas procesa parametrus vai formulējumus, izsmidzinot un ražojot Raney niķeļa elektrodus ar lielāku specifisku virsmas laukumu vai katalizatora elektrodiem ar vairākām aktivitātēm, veidojot porainu struktūru katalistam, lai turpinātu ētisku reakciju uz Ūdenspalīdzību, kas tiek dota, un tā ir lielāka līdzdalība, lai piedalītos līdzdalībā, lai piedalītos līdzdalībā, lai piedalītos līdzdalībā, lai piedalītos līdzdalībā, lai piedalītos līdzdalībā. spriegums un elektrodu veiktspēja tiks vēl vairāk uzlabota. Elektrodu veiktspēja tiks vēl vairāk uzlabota.
(Attēls: Dažādu sārmu elektrodu sagatavošanas shēma)
Ar plašu elektrodu produktu klāstu tirgū, kā jūs izvēlaties labāko no labākajiem?
SANY ūdeņraža ūdeņraža laboratorija un testa vieta nodrošina pietiekamu datu atbalstu elektrodu izvēlei. SANY ūdeņraža laboratorija novērtē elektrodu produktu veiktspēju vairākās dimensijās, piemēram, potenciālā, savienošanā un stabilitātē un izvēlas elektrodu produktus atbilstoši Sany standartiem. Laboratorijas skrīninga posmā nav priekšroka produktiem ar izcilu sākotnējo veiktspēju, bet sliktu ilgtermiņa darbības stabilitāti vai sliktu saistīšanas spēku; Produkti ar vidēju sākotnējo veiktspēju, bet laba ilgtermiņa darbības veiktspēja nav vāji izvēlēti, un elektrodi tiks pārbaudīti pēc visaptveroša produkta situācijas novērtējuma. Pēc tam ekrānētie elektrodi tiks pārbaudīti uz tvertnes, palaiž uz Sany ūdeņraža Čangšas testa vietas elektrolizatora un pēc tam dažādos darbības apstākļos novērtē vairākās dimensijās, lai atkal optimizētu elektrodus, lai panāktu elektrodu produktu pārākumu ar faktiem un datiem.
Redzot vismazākās no diafragmām
Efektīvai un uzticamai sārmainas ūdens elektrolīzes sistēmai papildus ļoti aktīvam katalizatoram diafragmai ir ne tikai katoda un anoda atdalīšanas loma, izvairoties no ūdeņraža un skābekļa sajaukšanas, bet arī ietekmē elektrolizētāja enerģijas patēriņu, un tas ir galvenais materiāls, lai nodrošinātu drošu darbību. Ideāliem diafragmas materiāliem jābūt labai jonu vadītspējai, zemai pretestībai, augsta gāzes barjerai, plānam biezumam, augstu mehānisko izturību un ilgstošu izturību augstā temperatūrā un augstas koncentrācijas sārmainam elektrolītam.
Sārmainas ūdens elektrolīze ir attīstījusies, izmantojot 3 paaudzes azbesta diafragmas, PPS diafragmas un kompozītmateriāla diafragmas.
Azbesta diafragma ir tradicionālā sārmainā elektrolizera diafragma, kurai ir augstas stiprības, korozijas izturības, augstas temperatūras izturības un labas hidrofilitātes priekšrocības, bet kancerogenitātes dēļ tas ir likvidēts.
PPS diaphragm has excellent heat resistance, high mechanical strength, and excellent electrical properties, but due to poor hydrophilicity, large thickness (>500 μm) un liels caurumu izmērs, tas parasti uzrāda augstu jonu izturību un caurlaidību, kā rezultātā tiek patērēts liels enerģijas patēriņš un ērta ūdeņraža un skābekļa savstarpēja starpkonjugācija, ko var uzlabot, izmantojot virsmas modifikāciju un citas metodes, lai uzlabotu tā hidrofilitāti. Tomēr, pat ja hidrofilitāte tiek uzlabota, savienojot organiskās hidrofilās grupas uz virsmas, joprojām ir grūti pilnībā atrisināt tādas problēmas kā slikta gāzes barjera.
Trešā diafragmas paaudze ir pārklāta ar neorganisku funkcionālu pārklājumu uz PPS auduma virsmas, līdzīgi kā organiskā-inorganiskā kompozītmateriāla diafragmas sviestmaižu struktūra, kas ir kļuvusi par pašreizējā diafragmas pētījumu galveno virzienu. Neorganiskajam funkcionālajam pārklājumam uz kompozītmateriāla diafragmas virsmas ir vienmērīga mikropora struktūra, kas ne tikai ievērojami uzlabo hidrofilitāti un gaisa barjeru, bet arī samazina jonu pretestību un diafragmas biezumu.
(Attēls: elektrolītiskā ūdens spriegums (4 ka/m2) vienai elektrolītiskai šūnai ar dažādām diafragmām)
At present, domestic and foreign composite diaphragm has been successfully commercialized in the electrolyzer case, the future of the diaphragm materials will be based on the composite diaphragm, towards the development of higher corrosion resistance, to prevent hydrogen and oxygen cross-penetration, as well as a higher ionic conductivity of the diaphragm direction, in order to effectively reduce the energy consumption, and at the same time, to improve the purity of the Cik vien iespējams, ūdeņraža gāzi.
Sany ūdeņraža enerģijai ir stingri standarti un procesi diafragmu skrīningam tāpat kā elektrodi. PPS diafragmai, ko izmanto apļveida elektrolizera galvenajā lietošanā, Sany ūdeņraža enerģijas laboratorijā ir vairāk nekā 10 veiktspējas testēšanas iespēju, ieskaitot gaisa necaurlaidību, virsmas pretestību utt., Lai visaptveroši novērtētu PPS diafragmas veiktspēju. Pēc optimizācijas PPS produkti tiek palaisti uz elektrolizatora, un veiktspējas pārbaudes dati un faktiskie darbojošie dati tiek izmantoti kā novērtēšanas kritēriji, lai optimizētu PPS produktus. Kompozītmateriālu diafragmām Sany ūdeņraža enerģijai ir atbilstoši kvadrātveida elektrolizera produkti. Runājot par kompozītmateriāla diafragmas izvēli, apvienojumā ar faktisko darba apstākļu izmantošanu, ņemot vērā unikālo kompozītmateriāla diafragmas situāciju, piemēram, izturību pret neabrāziju un mitruma saglabāšanu, tiek izveidoti dažādi testi, kā arī drošas, uzticamas un ērti darbināmas kompozītu diafragmas produkti.
Esošā sārmainā ūdens elektrolīzes ūdeņraža ražošanas tehnoloģija ir ļoti nobriedusi, vienkārša un lēta, un tā jau ir lielā mērogā piemērota liela mēroga elektrolīzes ūdeņraža ražošanas projektiem trīs Ķīnas ziemeļu daļās, kā arī citos reģionos. Nākotnē gan jaunu energosistēmu būvniecībai, steidzamai vajadzībai pēc liela mēroga vēja enerģijas patēriņa jaudas, gan pieprasījumam pēc zemu izmaksu zaļā ūdeņraža piegādes ķīmiskajā rūpniecībā, transportēšanai un citiem laukiem būs nepieciešami elektrolīzes tvertnes, kas spēj pielāgoties vēja enerģijas svārstīgai barošanas avotam.
Tomēr pašreizējā rūpniecības tehnoloģija galvenokārt izmanto vienas tvertnes ūdeņraža ražošanas jaudu kā mērķi un veic līdzīgus uzlabojumus, savukārt tehnoloģiskie sasniegumi, kas var uzlabot zemā strāvas blīvuma un sliktas dinamiskas veiktspējas problēmas, ir salīdzinoši ierobežotas. Jaunais pieprasījums pēc zaļās elektrības, lai iegūtu zaļo ūdeņradi, ir izvirzījis augstākas prasības sārmainas ūdens elektrolīzes tehnoloģijas galvenajiem materiāliem. Sārmainas ūdens elektrolīzes elektrodi un diafragmas ir kļuvušas par vienu no galvenajiem virzieniem pētniecībai un turpmāko rūpniecisko pielietojumu ietekmēšanai un galu galā realizēt zemu cenu un augstas veiktspējas materiālu ražošanu un pielietojumu, kā arī realizēt patiesu naudas vērtību.
Sany ūdeņradim ir skaidra izpratne par elektrolizatora attīstības virzienu, kas apvienojumā ar nepārtrauktu elektrodu un diafragmas produktu optimizāciju tirgū var ienest vadošos elektrolizatora produktus ūdeņraža enerģijas nozarē.
Nākotnē Sany ūdeņradis turpinās koncentrēties uz "3+1" apaļās tvertnes, kvadrātveida tvertnes, PEM tvertnes un BOP tehnoloģiju ceļu un nepārtraukti uzlabot un stiprināt integrētā dizaina septiņas pamatkompetences, materiālu izpēti un attīstību, simulāciju un analīzi, pārbaudi un pārbaudi, elektrisko kontroli, ražošanas procesu un hidrogēna drošības dizainu. Tikmēr Sany ūdeņradis cer padziļināt sadarbību ar nozares klientiem, dizaina institūtiem, piegādātājiem, pētniecības institūtiem, nozares organizācijām utt., Lai meklētu augstas kvalitātes ūdeņraža enerģijas aprīkojuma attīstību un ieguldītu Sany spēku un Sany risinājumus, lai īstenotu "dubultā oglekļa" mērķi.
Atsaucoties uz literatūru:
1. Laboratorijas elektrokatalizatoru savienošana ar rūpnieciski nozīmīgiem sārmainiem ūdens elektrolizeriem
2. Pētījums par diafragmas un anoda materiālu īpašībām ūdeņraža ražošanai no sārmainā elektrolītiskā ūdens
