أقطاب كهربائية لإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه القلوية - المبادئ والمواد والهياكل

أقطاب للتحليل الكهربائي للمياه القلوية والمحللات الكهربائية لإنتاج الهيدروجين - المبادئ والمواد والهياكل

1. مبدأ عمل القطب

بادئ ذي بدء، دور المحفز الكهربائي في محلل كهربائي لإنتاج الهيدروجين أمر بالغ الأهمية. إنه المكان الذي يحدث فيه التفاعل الكهروكيميائي والعامل الأساسي الذي يحدد كفاءة إنتاج الهيدروجين للمحلل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين.

من الناحية النظرية، يبلغ جهد التحليل الكهربائي للماء 1.23 فولت والجهد الحراري المحايد 1.48 فولت. ومع ذلك، في المعدات الفعلية واسعة النطاق، يصل جهد غرفة التحليل الكهربائي الواحدة إلى حوالي 2 فولت. تيار التشغيل للمحلل الكهربائي الصناعي حوالي 3000-4000A)، ويمثل الاستقطاب الكهروكيميائي للكاثود والأنود جزءًا كبيرًا.

2. المواد والهيكل الكهربائي
حاليًا، هناك العديد من أنواع المحفزات للتحليل الكهربائي للمياه القلوية من منظور البحث العلمي، بما في ذلك المحفزات القائمة على المعادن الثمينة (Pt، Pd، Au، Ag وما إلى ذلك)، والمحفزات القائمة على المعادن غير الثمينة (Fe، Co، Ni إلخ. .) والمحفزات غير المعدنية (المواد الكربونية وغيرها).

في الوقت الحالي، معظم المحفزات المستخدمة في خلايا التحليل الكهربائي الكبيرة عبارة عن شبكة من النيكل النقي أو رغوة النيكل أو محفزات نشطة للغاية تعتمد على النيكل (نيكل راني أو كبريتيد النيكل المنشط أو سبائك NiMo أو NiAl المنشط، وما إلى ذلك) التي يتم رشها على هذا الأساس.

يوجد محفزان في غرفة التحليل الكهربائي، أحدهما عند الكاثود والآخر عند الأنود، موزعين على جانبي الحجاب الحاجز وعلى اتصال مباشر بالحجاب الحاجز. ويتوافق الشكل بشكل عام مع شكل الخلية التحليلية (دائرية بشكل عام)، ومساحتها الهندسية تساوي المساحة الفعالة للخلية التحليلية.

تتكون شبكة Ni عمومًا من 40-60 شبكة سلكية Ni مقطعة إلى دائرة، ويبلغ قطر سلك Ni حوالي 200um. على الرغم من أن هيكل شبكة سلكية Ni بسيط، إلا أن مساحة سطحها أكبر بكثير من مساحة لوحة Ni. عندما يتم تطبيق نفس جهد الخلية، يكون هناك المزيد من المواقع للتفاعل الكهروكيميائي، والذي يمكن أن يولد تيارًا أكبر.

ومع التطوير المستمر ل إنتاج الهيدروجين من الطاقة المتجددة الصناعة، والمتطلبات لمعدات التحليل الكهربائي واسعة النطاق تزداد أعلى وأعلى. سيؤدي التراكب البسيط للخلايا إلى أن يكون طول المحلل الكهربائي طويلًا جدًا، وهو ما لا يفضي إلى تجميع وتركيب المحلل الكهربائي. هناك أيضًا العديد من المشكلات مثل الغرق في منتصف المحلل الكهربائي.

ولذلك، فهو طريق ممكن لتحسين كثافة التيار عن طريق تحسين المحفز. وفقًا لقانون فاراداي، فإن كتلة المادة التي تخضع لتغيرات كيميائية على واجهة القطب تتناسب مع كمية الكهرباء التي يتم تمريرها. إن مفتاح زيادة كثافة التيار هو زيادة معدل التفاعل الكهروكيميائي على سطح المحفز تحت خلية معينة الجهد الكهربي، والذي يعتمد على جانبين من خصائص المحفز، وهما عدد المواقع الحفزية والنشاط الجوهري للمواقع الحفزية.