Šarminių vandenilio elektrolizatorių diafragmos medžiagų analizė

Kaip švarus ir tvarios energijos vežėjas,Vandenilio energijaturi didelę reikšmę sprendžiant energetikos krizes ir aplinkos taršą. Vandens elektrolizės vandenilio gamybos technologija, ypačŠarminės vandens elektrolizė (baimė)Vandenilio gamyba tapo viena iš svarbių vandenilio gamybos priemonių dėl mažų įrangos sąnaudų ir brandžios technologijos.

Šarminiu būduVandens elektrolizatoriai, pagrindinį vaidmenį vaidina diafragmos medžiagos. Jie ne tik atskiria katodą ir anodą, neleidžia maišyti vandenilio ir deguonies, bet ir daro didelę įtaką elektrolizės proceso efektyvumui, ilgaamžiškumui ir sąnaudoms. ŠarminisElektrolizerisDiafragma sudaro apie 55% elektrolizerio kainos. Todėl diafragmos medžiagų, tinkančių šarminiams vandenilio elektrolizatoriams, tyrimas ir kūrimas yra raktas į vandenilio gamybos technologijos veikimą.

Šarminio vandens elektrolizės vandenilio gamybos ir diafragmos funkcijos principas

Šarminio vandens elektrolizės vandenilio gamybos principas yra naudoti stiprius šarminius tirpalus, tokius kaip kalio hidroksidas (KOH) kaip elektrolizatoriuose, ir skilikite vandens molekules, kad vandenilio ir deguonies gamyba būtų pagaminta per išorinę įtampą. Specifinė reakcijos formulė yra:

Prie katodo: 2H2O+2E- → H2+2OH-

Anode: 4oH- → O2+2e-+2H2O

Šiame procese vandenilis ir deguonis susidaro atitinkamai anode ir katodas, todėl juos reikia efektyviai atskirti, kad būtų išvengta sprogimo rizikos. Šiuo metu diafragmos medžiaga vaidina labai svarbų vaidmenį. Paprastai diafragmos medžiaga turi turėti šias charakteristikas:

1. Geras elektrinis laidumas: diafragma turi turėti gerą joninį laidumą ir leisti praeiti pro šalį, kad būtų užtikrinta efektyvi elektrolizės reakcija.

2. Didelis cheminis stabilumas: diafragmos medžiagai reikia atsispirti cheminei korozijai aukšto šarminio aplinkos ir elektrolizės procesuose, kad prailgintų jos tarnavimo laiką.

3. Geras mechaninis stiprumas: diafragma turi atlaikyti slėgį elektrolizlyje ir skysčio poveikį, kad būtų išlaikyta stabili forma.

4. Mažo atsparumo nuostoliai: kuo mažesnis diafragmos atsparumas, tuo didesnis elektrolizės efektyvumas ir taip sumažina energijos sąnaudas.

Remiantis skirtingomis medžiagų charakteristikomis, įprastas šarminis vandenilio gamybos elektrolizerio diafragmos medžiagas galima suskirstyti į šias kategorijas:

1. Asbesto diafragma

Privalumai: Cheminis atsparumas korozijai, aukštai temperatūros atsparumas, didelis tempimo stiprumas, stiprus hidrofiliškumas

Trūkumai: jis pasižymi patinančiomis savybėmis, o tai padidina elektrolizės energijos sąnaudas; Tai riboja elektrolizės temperatūrą, todėl dabartinio efektyvumo negalima pagerinti; Jis yra toksiškas žmogaus kūnui ir gali sukelti smėlio plaučių ligas. Daugelis šalių apribojo asbesto medžiagų naudojimą.

2. Politetrafluoretileno dervos modifikuota asbesto diafragma

Privalumai: Polytetrafluoretileno padengto asbesto pluošto diafragmos struktūra padidina diafragmos atsparumą korozijai ir mechaniniam stiprumui, taip pat sumažina asbesto patinimą, veiksmingai įveikdamas asbesto diafragmos patinimą ir jautrumą alkali korozijai.

Trūkumai: Dėl prasto politetrafluoretileno derva hidrofiliškumo asbesto diafragmos hidrofiliškumas su politetrafluoretilenu labai sumažėja, o tai sumažina dabartinį efektyvumą ir padidina energijos sąnaudas. Kuo padidintas kiekis, tuo labiau sumažėja diafragmos hidrofiliškumas.

3. Polifenileno sulfido diafragma (PPS)

Privalumai: puikus atsparumas šilumai; Ypač stiprus tvirtumas, didelis paviršiaus kietumas, puikus atsparumas šliaužiant ir atsparumas nuovargiui, atsparus atsparumas dilimui; stiprus atsparumas korozijai; vis dar rodo gerą matmenų stabilumą aukštos temperatūros sąlygomis; Vis dar pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis esant aukštai temperatūrai, didelę drėgmę ir aukštą dažnį.

Trūkumai: didelis atsparumas, blogas hidrofiliškumas, todėl padidėja energijos suvartojimas

4. Polysulfone diafragma (PSF)

Privalumai: Jis pasižymi puikiu atsparumu oksidacijai, šiluminio stabilumui ir aukštos temperatūros lydymosi stabilumui, taip pat puikioms mechaninėms savybėms, atsparumui aukštai temperatūrai, rūgšties ir šarminių atsparumą, atsparumą bakterijai, pigios ir lengvai gaunamos žaliavos bei platų pH taikymo diapazoną.

Trūkumai: Prastas hidrofiliškumas, mažas diafragmos vandens srautas, nepatenkinamas antiorkavimo efektyvumas, turintis įtakos jo taikymo diapazonui ir tarnavimo tarnavimo laiką.

5. Poletheritetone (PEEK)

Privalumai: Aukštos temperatūros atsparumas, cheminė atsparumas korozijai

Trūkumai: diafragmos našumas ir storis turi įtakos audimo metodams

Ankstyviausia šarminio elektrolizerio diafragmos medžiaga buvo asbesto diafragma, tačiau ji buvo pašalinta, nes ji gali pakenkti žmogaus kūnui. Dabartinė pagrindinė dalis yra polifenileno sulfido PPS diafragma, o aukštos kokybės diafragma naudoja sudėtinę membraną, padengtą neorganiniu PPS sluoksniu.

Kompozicinės diafragmos paviršius yra nanoporiškas, o interjeras yra mikronų porų struktūra. Jis turi stiprų sugebėjimą užkirsti kelią vandeniliui praeiti pro šalį. Tuo pačiu metu jis gali praeiti per elektrolitų jonus ir turi nuolatinį hidrofiliškumą. Jis pasižymi tokiu pačiu našumu kaip ir importuotos diafragmos, ir turi gerą elektrolitinį našumą ir tarnavimo laiką. Šiuo metu maksimalus kompozicinės diafragmos plotis gali pasiekti 2 metrus, o tai gali atitikti didelių elektrolizatorių dydžio reikalavimus.

Šiame straipsnyje minimos diafragmos yra tinkamos šarminiams elektrolizatoriams, tačiau todėl, kad kiekviena diafragma turi savo pranašumus ir trūkumus, o faktinio gamybos proceso išlaidų skirtumas yra didelis, o diafragma turėtų būti pasirinkta atsižvelgiant į skirtingus alkalino elektrolizerio taikymo scenarijus ir rinkos paklausos reikalavimus.