Déan staidéar ar fheidhmíocht na seicní agus na n -ábhar anóid le haghaidh táirgeadh hidrigine trí leictrealú uisce alcaileach

Abstract: Táirgeadh hidrigine agleictrholysi uiscesIs féidir leis fuinneamh in-athnuaite mórscála a thiontú ina hidrigin ghlas, a úsáidtear go forleathan mar éagsúlacht foinsí fuinnimh teirminéil ísealcharbóin, amhail breosla, fuinneamh ceimiceach agus iompar, agus tá sé thar a bheith tábhachtach do laghdú astaíochtaí carbóin. Mar theicneolaíocht a bhfuil an feidhmchlár is poitéinsiúla agus ar scála mór aige, tá leictrealú uisce alcaileach le haghaidh táirgthe hidrigine suite i suíomh ceannasach sa tionscal leictrealú uisce. Bunaithe ar an gcuspóir a bhaineann le ró -phoitéinseal táirgthe hidrigine a laghdú trí leictrealú, rinneadh staidéar ar fheidhmíocht na n -ábhar scairt agus leictreoid anóid. Taispeánann na torthaí go bhfuil an scairt ilchodach ilchodach zirfon níos íslescannán Friotaíocht ná fabraic neamh-fite suilfíd polyether, ar féidir leis an ró-phoitéinseal leictrealú uisce a laghdú níos mó ná 0.3V. Tá sé seo go príomha toisc go bhfuil friotaíocht membrane níos ísle agus hidreafiliciúlacht níos airde ag an diaphragm Zirfon, agus beidh tionchar ag hydrophilicity an scairt ar ráta úsáide na suíomhanna gníomhacha leictreoid. Dá airde an hydrophilicity, is ea is ísle an bacainní gníomhachtaithe sa chairn. Trí fheidhmíocht mogalra nicil agus cúr nicil a chur i gcomparáid, tá sé le fáil go bhfuil friotaíocht mogalra nicil nuair a úsáidtear é mar leictreoid anóid níos ísle ná friotaíocht cúr nicil, agus go bhfuil ró -phoitéinseal níos ísle aigeleictrealú uisce. Is féidir leis tagairt áirithe a sholáthar do bharrfheabhsú an scairt agus an leictreoid, príomh -chomhpháirteanna an leictrilítir, agus tá sé ina chabhair chun costas leictrealú a laghdú.

0 Réamhrá

Tá buntáistí ag baint le fuinneamh hidrigine maidir le truailliú nialasach, luach calrach ard, inmharthanacht agus cur i bhfeidhm leathan. Is féidir le teicneolaíocht leictrealaithe uisce fuinneamh in -athnuaite a úsáid agus leictreachas barrachais a athrú chun hidrigin a tháirgeadh, a mheastar a bheith ar an mbealach is idéalach agus is neamhdhíobhálach don chomhshaol chun hidrigin a tháirgeadh. Dá bhrí sin, tá tábhacht mhór ag baint le forbairt leictrealú leictrealú uisce in -athnuaite uisce le slándáil fuinnimh agus le laghdú astaíochtaí dé -ocsaíde carbóin. Mar sin féin, níl ach 4% de hidrigin an domhain ag teacht ó leictrealú uisce, go príomha mar gheall ar chostas ard táirgthe hidrigine leictrealú uisce, agus ina measc tá costais tomhaltais chumhachta agus leictrilítí ina scrogaill a chuireann srian ar a chur i bhfeidhm ar scála mór. Arna thiomáint ag an sprioc "dé -charbóin", is cinnte go dtiocfaidh laghduithe breise ar phraghsanna leictreachais mar thoradh ar fhorbairt na teicneolaíochta giniúna cumhachta in -athnuaite agus go mbeidh sé ina chatalaíoch cumhachtach chun tionscal táirgthe hidrigine leictrealú uisce a fhorbairt. Leictrealú uisce alcaileach Tá an-aird tugtha ar theicneolaíocht táirgthe hidrigine mar gheall ar a buntáistí amhail costas íseal, saol fada agus foinsí ábhair flúirseach, agus a oiriúnacht do tháirgeadh hidrigine ar scála mór. Mar sin féin, i gcás an iarratais ar tháirgeadh hidrigine ar scála mór, ní mór feabhas breise a chur ar dhlús reatha agus ar éifeachtúlacht fuinnimh na teicneolaíochta leictrealaithe uisce alcaileach chun a chostais trealaimh agus tomhaltais cumhachta a fheabhsú, agus tá ról tábhachtach ag na hábhair diaphragm agus leictreoid mar phríomh-chomhpháirteanna.

Feidhmíocht an scairt a úsáidtear in alcaileachleictrealú uisceTá tionchar mór aige ar thomhaltas cumhachta an leictrilítir agus ar íonacht an hidrigine a tháirgtear. Sna laethanta tosaigh, ba aispeist é an scairt a úsáideadh i leictrealú uisce alcaileach chun hidrigin a tháirgeadh. Mar gheall ar shaincheisteanna sláinte agus sábháilteachta, cuireadh fabraicí neamh-fhite polyphenylene (PPS) in ionad de réir a chéile, ach ní mór feabhas a chur ar an éifeacht bacainn gáis atá ag fabraicí neamhfhite PPS fós chun íonacht hidrigine a fheabhsú. Le blianta beaga anuas, tá staidéar déanta ag daoine ar ábhair éagsúla chun scairteanna a fháil le friotaíocht íseal agus hidreafiliciúlacht mhaith agus cumas bacainní gáis. Is iad na polaiméirí orgánacha is mó a ndéantar staidéar orthu agus a seicní ilchodacha, mar shampla diaphragms polysulfone, diaphragms polyether, scairteanna polytetrafluoroethylene, diaphragms pps, etc.

Is é an leictreoid an áit ina dtarlaíonn an t -imoibriú leictreamaighnéadach agus is é an croí -chomhpháirt den leictrilíteas é. Bíonn tionchar díreach ag a fheidhmíocht ar ró -phoitéinseal leictrealú uisce agus tá sé ar cheann de na príomhfhachtóirí a chuireann srian ar oibriú alcaileachleictrealú uiscechun hidrigin a tháirgeadh ag dlús ard reatha. Is é an anóid an chéim chinnte ráta den imoibriú leictrealaithe, agus tá a ghníomhaíocht éabhlóid ocsaigine leictreoidí thar a bheith tábhachtach don imoibriú leictrealú iomlán. Baineann leictrilíteoirí alcaileacha traidisiúnta úsáid as mogalra nicil mar an leictreoid anóid toisc go bhfuil gníomhaíocht leictrealaíoch oiriúnach ag mogalra nicil, friotaíocht creimthe maith agus costas íseal. D'fhonn feidhmíocht an anóid a fheabhsú tuilleadh, tá ábhair leictreoidí le gníomhaíocht ard agus achar mór dromchla anois ar cheann de na treoracha taighde tábhachtacha. Mar shampla, rinneadh staidéar forleathan ar chúr nicil, cóimhiotail nicil-bhunaithe, ocsaídí, spinels, ocsaídí de chineál perovskite, etc. This paper studies the effects of two key materials, the diaphragm and the anode electrode, on the electrolysis performance, reveals the importance of diaphragm thickness and hydrophilicity, and obtains the effect of resistance on the performance of nickel mesh and nickel foam as anode materials, in order to provide a reference for the development and optimization of key materials for alkalineleictrealú uisce.

1. turgnamh

1.1 Ábhair Thurgnamhacha

Tá an leictrilít a úsáidtear sa turgnamh comhdhéanta de KOH íon anailíseach agus uisce ultrapure (18.2mΩ); Is mogalra nicil Raney (0.50mm) an leictreoid chatóide; Is é atá sa leictreoid anóid ná mogalra nicil (0.50mm) agus cúr nicil de thiúsanna éagsúla; Is iad na hábhair scairteanna ná fabraic neamh-fhite PPS agus membrane ilchodach polaiméire (AGFA, Zirfon Membrane).

1.2 Modh Turgnamhach

1.2.1 Tástáil friotaíochta scannán

Faightear an fhriotaíocht membrane trí thástáil a dhéanamh ar an impedance reatha ailtéarnach (EIS) trí stáisiún oibre leictriceimiceach (Princeton, Samhail P4000A). Déantar an tástáil EIS i gcill seoltachta plexiglass le pláta graifíte mar an leictreoid agus spásáil leictreoid de 1.90cm. Déantar an tástáil ag teocht an tseomra le tuaslagán KOH de 30% de réir maise mar an leictrilít. Bhí gach scairt sáithithe i 30% KOH ar feadh 1 uair an chloig roimh an tástáil. Socraíodh an voltas suaite go 10mV, ba é an raon minicíochta ná 0.1 ~ 20000.0Hz, agus glacadh leis an luach friotaíochta a fhreagraíonn don mhinicíocht ard mar fhriotaíocht na membrane. Rinneadh gach sampla scairt a thástáil go comhthreomhar 3 huaire.

1.2.2 Leictrealú cille aonair

Rinneadh tástáil feidhmíochta an scairt agus an leictreoid i gcill leictrealaíoch amháin le limistéar imoibriúcháin éifeachtach de 25cm2. Is éard atá sa chill leictrealaíoch aonair pláta deiridh polytetrafluoroethylene den chuid is mó, pláta bipolar cruach dhosmálta, leictreoidí catóide agus catóide, scairt agus gasket polytetrafluoroethylene. Rinneadh an leictrilít 30% KOH a réamhthéamh i ndabhach uisce teochta tairiseach agus ansin cuireadh é isteach sa chill leictrealaíoch aonair trí chaidéal peristaltic. Sholáthair an Soláthar Cumhachta DC (IT6502D80V/60A/800W) sruth 10A le haghaidh leictrealú reatha leanúnach. Le linn an phróisis leictrealaithe, tá an teocht sa chill leictrealaíoch aonair cobhsaithe go 80 ℃. Baineadh úsáid as méadar friotaíochta chun monatóireacht a dhéanamh ar fhriotaíocht na cille leictrealaíoch aonair le linn leictrealú reatha tairiseach.

1.2.3 Tástáil bacainní cille leictrealaíoch aonair

Tar éis don voltas den tástáil leictrealaithe reatha cille leictrealaíoch aonair a bheith cobhsaí, rinneadh tástáil EIS ar an gcill leictrealaíoch aonair. Socraíodh an sruth buartha go 1.0A, agus ba é an raon minicíochta tástála ná 0.1 ~ 10000.0Hz. Fuarthas an bacainní bacainní agus bacainní aistrithe muirir na ceallraí faoi choinníollacha oibre tríd an speictream bacainní a fheistiú.

1.3 Tréithriú Struchtúrach

Rinneadh tástáil ar na híomhánna micreascóp leictreon (SEM) de na hábhair scairt agus anóid ar mhicreascóp leictreon astaíochta allamuigh (Zeiss-ultra-plus, Zeiss, an Ghearmáin).

2. Torthaí agus plé

2.1 Tréithriú agus anailís ar scairteanna éagsúla

Scarann ​​an scairt sa leictrilíteas na plátaí anóid agus catóide chun ciorcaid ghearra a chosc agus chun meascadh hidrigine agus ocsaigine a leithlisiú. Tá a thiús, a hidreafiliciúlacht, a phóirseacht agus a mhéid pore gaolmhar go dlúth leis an bhfeidhmíocht leictrealaithe agus tá tionchar tábhachtach aige ar íonacht hidrigine freisin.

Déantar comparáid idir tiús, póirseacht, tréscaoilteacht aeir agus friotaíocht membrane diaphragms difriúla i dTábla. Mar a thaispeántar i dTábla 1, tá tiús Zirfon500+, Zirfon500 agus PPS neamh-fite fabraicí thart ar 500, 500 agus 720 μm, faoi seach, agus is é an porsity de Zirfon500+ agus Zirfon500 faoi seach. Tá tréscaoilteacht aeir an dá seicní Zirfon inchomparáide.

Tá tréithe breise ag moirfeolaíocht dhromchla an scairt, mar a thaispeántar i bhFigiúr. Taispeánann na torthaí SEM go bhfuil struchtúr pore neamhrialta de dheich ag dromchla Zirfon go dtí na céadta nanaiméadar. Tá an fabraic neamh-fhite PPS fite ó shnáithíní micron-mhéid agus tá bearnaí micron-mhéid aici, atá i bhfad níos mó ná an scannán Zirfon. Is féidir a fheiceáil go bhfuil na buntáistí a bhaineann le tiús níos tanaí, hidreafiliciúlacht níos airde agus méid pore níos lú ag Zirfon500+ agus Zirfon500.

Taispeánann na torthaí tástála friotaíochta membrane go bhfuil an fhriotaíocht membrane is ísle (72mΩ) ag Zirfon500+, agus ina dhiaidh sin Zirfon500 (283mΩ), agus is é friotaíocht na membrane de fhabraic neamh-fhite PPS an ceann is mó (571mΩ). Is é an fhriotaíocht membrane de Zirfon500+ agus Zirfon500 ná 12.6% agus 49.6% de chreatlach neamh-fhite PPS, faoi seach. Baineann sé seo le tiús níos tanaí diaphragms Zirfon500+ agus Zirfon500 agus hidreafiliciúlacht fheabhsaithe an ocsaíd neamhorgánach luchtaithe ZRO2.

2.2 Leictrealú uiscefeidhmíocht scairteanna éagsúla

2.2.1 Leictrealú reatha tairiseach

Baineadh úsáid as trí scairt le haghaidh leictrealú uisce alcaileach, agus léirítear na torthaí tástála i bhFigiúr 2. Faoi na coinníollacha tástála céanna, nuair a bhí an dlús reatha 0.4A/cm2, ba é voltas na cille leictrilítí aonair ná 2.32V do fhabraic neamh-fhuilte PPS, 1.98V do Zirfon500, agus 1.94V do Zirfon500+. Tomhaiseadh friotaíocht na gceall leictrealaíoch aonair le scairteanna difriúla faoi na coinníollacha oibriúcháin thuas 15.92, 9.06, agus 8.28mΩ, faoi seach. Fuarthas amach go bhfuil patrún comhsheasmhach ag an voltas leictrealú agus an fhriotaíocht.

Rinneadh imscrúdú breise ar bhac AC na gceall aonair le scairteanna éagsúla. Ba é an t -ord méide ná fabraic neamh -fhulaingthe PPS> Zirfon500> Zirfon500+, a bhí fíoraithe ag torthaí na frithsheasmhachta. Tá dlúthbhaint ag friotaíocht nó bacainní na gceall leictrealaíoch aonair a bhfuil diaphragms difriúla acu le linn leictrealú leis an bhfriotaíocht membrane. Ag an am céanna, ba é an t -ord a bhí i gceist le bacainní gníomhachtaithe ná fabraic neamh -fhulaingthe PPS> Zirfon500≈zirfon500+. Baineann an bacainní gníomhachtaithe le haistriú muirir an imoibrithe athdhéanta le linn leictrealú, rud a léiríonn go bhfuil éifeachtúlacht aistrithe muirir níos airde ag an scannán Zirfon ná an fabraic neamh -fhásach PPS.

Baineann na cealla leictrealaíocha le trí chineál diaphragms úsáid as an ábhar leictreoid céanna, ach tá an bacainní gníomhachtaithe difriúil. D’fhéadfadh sé seo a bheith mar gheall go bhfuil hidreafiliciúlacht an diaphragm PPS níos measa ná hidreafileacht an scannáin Zirfon, rud a fhágann go bhfuil sé deacair ar bhoilgeoga a bheith ag iarraidh a bheith ag dul i léig, agus mar sin ag áitiú suíomhanna imoibriúcháin an leictreoid, rud a fhágann go laghdaítear i limistéar imoibriúcháin iarbhír an leictreoid.

Laghdaítear an ró-phoitéinseal den chill leictrealaíoch aonair le Zirfon500 agus Zirfon500+ mar diaphragms faoi 14.7% agus 16.4% faoi seach i gcomparáid leis an scairt neamhfhite PPS. In éineacht leis an tréithriú agus an anailís a rinneadh roimhe seo ar an struchtúr agus ar na tréithe scairt, is féidir a fheiceáil go bhfuil an laghdú ar ró -phoitéinseal go príomha mar gheall ar an laghdú ar thiús scairt agus feabhas a chur ar hidreafiliciúlacht.

Ina theannta sin, le linn na tástála, fuarthas amach go ndearnadh an tuaslagán alcaile idir an catóid agus an catóid a fhritháireamh go mór nuair a úsáideadh an fabraic neamh-fhite PPS le méid pore níos mó mar an diaphragm, cé nach raibh aon fhritháireamh ag an tuaslagán alkali nuair a úsáideadh Zirfon mar chros-ghás idir an chaitéin agus an chaitéin a fheabhsóidh agus a fheabhsóidh an caitéin agus go bhfeabhsódh sé an caitéin agus go n-éireoidh leis an gcaiteachas a laghdóidh agus go, a laghdóidh an caitéin. Léirítear voltas leictrealaithe na gceall leictrealaíoch le diaphragms éagsúla (0.4A/cm2) i bhFigiúr. Taispeántar an plota Nyquist de chealla leictrealaíoch le scairteanna éagsúla (0.4A/cm2) i bhFíor 3.

2.2.2 Cuair polaraithe scairteanna éagsúla

Léirítear i bhFíor 4 an voltas leictrealaithe de chealla leictrealaíoch le scairteanna éagsúla ag dlúis reatha éagsúla.

Nuair a bhíonn an dlús reatha 0.2A/cm2, is iad na voltais leictrealaithe de na cealla leictrealaíocha le fabraic neamh -fhulaingthe PPS, Zirfon500 agus Zirfon500+ scairt 2.09, 1.84 agus 1.80V faoi seach tar éis cobhsaíocht a bhaint amach. Nuair a mhéadaíonn an dlús reatha go 0.4A/cm2, méadaíonn voltais leictrealaithe na gceall leictrealaíoch le fabraic neamh -fhuíoll PPS, Zirfon500 agus zirfon500+ diaphragm faoi 140mV i gcomparáid le dlús reatha 0.2A/cm2, cé go méadaíonn voltas an chill leictrilíteach le fabraic pps. Agus an dlús reatha á mhéadú go 0.6a/cm2, faightear amach go méadaíonn voltas na cille leictrealaíoch le zirfon500 agus zirfon500+ de réir mar a mhéadaíonn scairt 120mV i gcomparáid leis an dlús reatha de 0.4a/cm2, atá níos lú ná an 180mv de fabraic neamh -fánaíochta PPS. Go ginearálta, leis an méadú ar an dlús reatha, léiríonn an ró-phoitéinseal Zirfon500 agus zirfon500+ diaphragms treocht mhéadaithe líneach go bunúsach, agus méadaíonn an iomarca fabraice neamh-fhíonta PPS go mór ag ard-dlús reatha, a d'fhéadfadh a bheith bainteach lena dhroch-dhromchla dromchla, mar thoradh ar a bheith in ann boilgeoga a dhíspreagadh in am. Dá bhrí sin, tá tionchar tábhachtach ag hydrophilicity diaphragms leictrealú uisce alcaileach ar éifeachtúlacht fuinnimh reatha agus leictrealú fuinnimh a fheabhsú.

2.3 Feidhmíocht leictrealú uisce d'ábhair éagsúla anóid

Bhí tréithe moirfeolaíochta cúr nicil agus mogalra nicil, agus léirítear voltas na cille leictrealaíoch ag dlúis reatha éagsúla (0.4A/cm2) i bhFíor 5.

Baineadh úsáid as cúr nicil tiús éagsúil mar an leictreoid anóid, baineadh úsáid as Zirfon500+ mar an scairt, agus cuireadh an táirgeadh hidrigin uisce alcaileach i gcomparáid leis an mogalra nicil mar an anóid, agus léiríodh a fheidhmíocht i bhFigiúr 6. 1.94V, a bhí níos ísle ná an 1.95V de chúr nicile; Nuair a úsáideadh an mogalra nicil mar an anóid, ba é an fhriotaíocht ná 8.28mΩ, a bhí níos ísle ná an 11.63mΩ de chúr nicil. Tá sé tuairimithe go bhfuil sé seo toisc go gcinneann struchtúr beag pore cúr nicil go bhfuil na boilgeoga gáis a tháirgtear nuair a úsáidtear é mar leictreoid níos lú, agus nuair a bhíonn an voltas leictrealaithe níos airde, tá trastomhas criticiúil dí -asaithe mboilgeog níos mó, ionas go bhfanfaidh an mboilgeog ag an gcomhéadan leictreoid le haghaidh ama níos faide, mar thoradh ar fhriotaíocht mhéadaithe. Ina theannta sin, is ea is ísle an cúr nicil, is ea is ísle an voltas leictrealú. Nuair a laghdaíonn tiús cúr nicil ó 0.50 mm go 0.15 mm, méadaíonn an voltas leictrealú ó 1.95 V go 1.97 V, agus méadaíonn an fhriotaíocht ó 11.63mΩ go 14.97mΩ. In éineacht lena anailís ar struchtúr moirfeolaíoch, is féidir a fheiceáil gurb é an chúis atá leis ná go bhfuil an cúr nicil níos tibhe, is mó na pores, agus an t -achar dromchla leictreoid a sholáthraíonn sé.

3. Conclúidí

Déanann an páipéar seo staidéar ar na héifeachtaí a bhaineann le scairteanna difriúla ar fheidhmíocht leictrealú uisce trína struchtúir agus a saintréithe a chur le chéile. Tá sé le fáil gur féidir le diaphragms ilchodacha polaiméire ró-phoitíollacha níos ísle a bhaint amach le haghaidh leictrealú uisce ná fabraicí neamhfhite polaiméire mar gheall ar a bhfriotaíocht membrane níos ísle agus a hidreafiliciúlacht níos fearr.

Ina theannta sin, trí scrúdú a dhéanamh ar na héifeachtaí a bhaineann le hábhair leictreoidí anóid éagsúla ar fheidhmíocht leictrealaithe, faightear amach gur féidir le mogalra nicil ró -phoitíollacha níos ísle a bhaint amach le haghaidh leictrealú ná cúr nicil, a bhaineann lena fhriotaíocht níos ísle. I leictrealú uisce alcaileach, is príomhábhair iad diaphragms agus leictreoidí a théann i bhfeidhm ar ró -phointí. Tá tábhacht mhór ag baint le barrfheabhsú a dhéanamh ar ábhair diaphragm agus leictreoidí maidir le ró -phoitíollacha a laghdú le haghaidh leictrealú uisce.