Electrodos para electrólisis de agua alcalina, electrolizadores de producción de hidrógeno: principios, materiales y estructuras

Electrodos para electrólisis de agua alcalina, electrolizadores de producción de hidrógeno: principios, materiales y estructuras

1. Principio de acción del electrodo.

En primer lugar, el papel del electrocatalizador en electrolizador de producción de hidrógeno es crucial. Es el lugar donde ocurre la reacción electroquímica y el factor fundamental que determina la eficiencia de producción de hidrógeno del electrolizador de producción de hidrógeno.

Teóricamente, el voltaje de la electrólisis del agua es de 1,23 V y el voltaje del neutro térmico es de 1,48 V. Sin embargo, en equipos reales a gran escala, el voltaje de una sola cámara de electrólisis alcanza aproximadamente 2 V. Bajo la condición de operación de alta densidad de corriente (la La corriente de funcionamiento del electrolizador industrial es de aproximadamente 3000-4000 A), la polarización electroquímica del cátodo y el ánodo representa una gran parte.

2. Materiales y estructura de los electrodos.
Actualmente, existen muchos tipos de catalizadores para la electrólisis de agua alcalina desde una perspectiva de investigación científica, incluidos catalizadores a base de metales preciosos (Pt, Pd, Au, Ag, etc.), catalizadores a base de metales no preciosos (Fe, Co, Ni, etc.). .), y catalizadores de base no metálica (materiales de carbono, etc.).

Actualmente, la mayoría de los catalizadores utilizados en grandes celdas electrolíticas son a base de Ni, malla de níquel puro o espuma de níquel o catalizadores a base de Ni altamente activos (níquel Raney, sulfuro de níquel activado, aleación de NiMo o NiAl activado, etc.) pulverizados sobre esta base.

En una cámara electrolítica se encuentran dos catalizadores, uno en el cátodo y otro en el ánodo, distribuidos a ambos lados del diafragma y en contacto directo con el diafragma. La forma es generalmente consistente con la forma de la celda electrolítica (generalmente circular) y su área geométrica es igual al área efectiva de la celda electrolítica.

La malla de Ni generalmente está hecha de malla de alambre de Ni de malla 40-60 cortada en un círculo y el diámetro del alambre de Ni es de aproximadamente 200 um. Aunque la estructura de la malla de alambre de Ni es simple, su superficie es mucho mayor que la de la placa de Ni. Cuando se aplica el mismo voltaje de celda, hay más sitios para la reacción electroquímica, lo que puede generar una corriente mayor.

Con el continuo desarrollo de producción de hidrógeno con energía renovable En la industria, los requisitos para los equipos electrolizadores a gran escala son cada vez mayores. La simple superposición de celdas hará que la longitud del electrolizador sea demasiado larga, lo que no favorece el montaje e instalación del electrolizador. También hay muchos problemas como hundirse en el medio del electrolizador.

Por tanto, es un camino factible mejorar la densidad de corriente optimizando el catalizador. Según la ley de Faraday, la masa de la sustancia que sufre cambios químicos en la interfaz del electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa. La clave para aumentar la densidad de corriente es aumentar la velocidad de la reacción electroquímica en la superficie del catalizador debajo de una celda determinada. voltaje, que depende de dos aspectos de las características del catalizador, a saber, el número de sitios catalíticos y la actividad intrínseca de los sitios catalíticos.