Kuna ülemaailmne roheline vesinikutööstus liigub suure-suure-voolutiheduse-ja pika-tsükliga tööstusliku töö poole, on PEM-i (Proton Exchange Membrane) elektrolüsaatorites olevate põhikomponentide stabiilsus ja kasutusiga muutunud peamisteks teguriteks, mis määravad projekti tegevuskulud ja korstna töökindluse. Kõigi tarbitavate ja funktsionaalsete komponentide hulgas on poorne transpordikiht (PTL) ülioluline anoodvoolu kogumise, gaasi{5}vedeliku massiülekande, mullide eemaldamise ja MEA mehaanilise toe jaoks. Platineeritud poorsed titaanplaadid on järk-järgult asendanud tavalised paagutatud titaanplaadid ja süsinik{7}}põhised difusioonikihid, muutudes kaubanduslikes PEM-veeelektrolüüsiseadmetes kasutatavaks suure-kindlusega PTL-materjaliks.
Palja poorse titaan-PTLi piirangud PEM-anoodi töötingimustes
Paagutatud puhtal titaanplaadil on kontrollitav pooride struktuur, kõrge mehaaniline tugevus ja suurepärane happekindlus, mistõttu on need ideaalsed PTL-substraadid PEM-elektrolüüsi jaoks. Kuid PEM-anood töötab äärmuslikes elektrokeemilistes tingimustes, sealhulgas kõrge anoodpotentsiaal, tugev happeline prootonikeskkond ja pidev hapniku eraldumise reaktsioon (OER). Pikaajalise-kõrge-voolutihedusega-1,5 A/cm² kuni 2,5 A/cm² töötamisel tekitab katmata titaanpind spontaanselt tihedaid ja isoleerivaid TiO₂ passiveerimiskihte.
Seda oksiidikihti ei saa eemaldada tavapärase töö või veega loputamise teel. See suurendab pidevalt liideste kontakttakistust, blokeerib mikro-pooride kanaleid, kahjustab gaasi-vedeliku difusiooni ühtlust ja põhjustab lõpuks raku pinge tõusu, vesiniku tootmise efektiivsuse vähenemist ja korstna jõudluse kiirenemist. Toortitaani PTL-i oksüdatsiooni lagunemine on pidev tehniline takistus, mis piirab elektrolüsaatori tööaega, eriti kaubanduslikes rohelise vesiniku rajatistes, mis on mõeldud ööpäevaringseks pidevaks tootmiseks.
Kuidas platiniseeritud kate lahendab PTL-i oksüdatsiooni ja jõudluse halvenemise?
Plaatinal on suurepärane elektrokeemiline inertsus ja kõrge juhtivus, mis ei näita oksüdeerumist, lahustumist ega passiveerumist PEM-anoodilistes kõrge{0}}potentsiaali ja hapniku{1}}rikastes tingimustes. Tööstuslik plaatiniseeritud poorne titaan PTL kasutab täpse mastaabiga plaatina sadestamise tehnoloogiat, moodustades pideva, ühtlase ja suure -adhesiooniga plaatina kaitsekihi, mis katab nii paagutatud titaansubstraadi välispinna kui ka pooride sisemised seinad.
See muudetud struktuur toob kaasa kaks peamist funktsionaalset täiustust. Esiteks isoleerib plaatinakiht füüsiliselt titaanmaatriksi happelisest elektrolüüdist ja oksüdatiivsest töökeskkonnast, takistades põhimõtteliselt isoleerivate titaanoksiidi passiveerimiskilede moodustumist ja säilitades stabiilse madala liidese takistuse kogu kasutusaja jooksul. Teiseks tagab plaatina kate hapniku eraldumise reaktsiooni jaoks täiendava katalüütilise aktiivsuse, optimeerides pinna elektrokeemilisi omadusi ja vähendades tõhusalt virna oomikadu suure -koormusega töötamise ajal.
See kate tagab täieliku -oksüdatsioonivastase katte ilma mikropoore blokeerimata, säilitades täielikult algse suure poorsuse ja gaasi-vedeliku läbilaskvuse, mis on vajalik tõhusaks elektrolüüsi massiülekandeks.
Peamised rakenduse eelised tööstuslikes PEM-elektrolüsaatorites
1. Suurepärane-pikaajaline oksüdatsioonivastane-stabiilsus
Platiniseeritud poorsed titaanplaadid on pidevates OER töötingimustes vastupidavad elektrokeemilisele oksüdatsioonile ja happelisele korrosioonile. Tööstuslik kiirendatud-tsükliline vananemine kinnitab, et plaatina-töödeldud poorse titaani transpordikihid säilitavad püsiva elektrijuhtivuse ja täiesti takistusteta pooriarhitektuuri koos tühise jõudluse langusega, muutes need ideaalseks pika-tsükliga tööstuslike vesiniku tootmiskeskkondade jaoks.
2. Parem elektrolüüsi efektiivsus ja väiksem energiatarbimine
Elimineerides titaani passiveerimisest põhjustatud liidese takistuse triivi, stabiliseerivad plaatinatud PTL-id raku pinget suure voolutihedusega töötamisel. Ühtlane plaatina juhtiv kiht tagab ühtlase voolujaotuse, väldib kohalikku ülekuumenemist ja ebaefektiivseid reaktsioonitsoone ning vähendab tõhusalt üldist energiatarbimist rohelise vesiniku kuupmeetri kohta.
3. Pikendatud PTL ja virna kasutusiga
Võrreldes paagutatud titaanist PTL-idega pikendavad plaatina{0}}modifitseeritud tooted komponentide kasutusiga üle 60%. Need vähendavad oluliselt elektrolüsaatori seiskamise hoolduse, põhikomponentide vahetamise ja korstna kapitaalremondi sagedust, vähendades oluliselt kaubanduslike rohelise vesiniku projektide kõikehõlmavaid tegevus- ja hoolduskulusid.
4. Suurepärane mehaaniline ja konstruktsiooniline ühilduvus
Alustitaanmaatriks tagab tugeva mehaanilise elastsuse ja silmapaistva survekindluse, samas kui kindlalt kleepunud plaatina plaat on vastupidav kihistumisele ja konstruktsiooni lagunemisele keset gaasimullide ja ringleva protsessivee pikaajalise erosiooni tõttu. See sobib suurepäraselt kõrgrõhu-PEM-elektrolüüsikorstnate ja suure-voolu-tihedusega kohandatud seadmetega.
Järeldus
Traditsiooniliste poorsete titaanist PTL-ide oksüdatsioonipassiveerimine on vältimatu tehniline defekt suure -koormusega PEM-elektrolüüsi puhul. Plaatinakatte modifikatsioon lahendab põhimõtteliselt titaanist substraatide vananemise ja rikkeprobleemi anoodilistes ekstreemsetes töötingimustes. Stabiilse anti-oksüdatsioonivõime, ühtlase elektrokeemilise juhtivuse ja pika kasutusea eelistega parandavad plaatinatud poorsed titaanplaadid tõhusalt PEM-elektrolüüsaatorite töökindlust ja vähendavad rohelise vesiniku tootmise kogu-tsüklikulusid. Kuna PEM-i vesinikutootmistööstus jätkab täiustamist kõrge efektiivsuse ja pika eluea suunas, saavad plaatinatud poorsest titaanist PTL-id suure jõudlusega elektrolüüsikorstnate universaalseks standardkomponendiks.
Praegu on plaatinatud poorsed titaanplaadid tipptasemel PEM-elektrolüüsiseadmete{0}}standardkonfiguratsioon. Neid kasutatakse laialdaselt GW-mahus rohelises vesinikuelektrijaamades, tööstuslikes kõrgrõhu-PEM-elektrolüsaatorites, võrguvälistes-uues energia vesiniku tootmissüsteemides ja laboratoorsetes suure-voolutihedusega{6}}elektrolüüsi katseplatvormides. Platiniseeritud titaanist PTL-id kujutavad endast tehniliselt kõige tõestatud ja majanduslikult elujõulisemat materjalivalikut vesiniku tootmissüsteemide jaoks, mis nõuavad katkematut tööaega, ühtlast elektrokeemilist jõudlust ja minimaalset efektiivsuse langust tööea jooksul.
