Eletrodos para eletrolisadores de produção de hidrogênio por eletrólise de água alcalina - princípios, materiais e estruturas

Eletrodos para eletrolisadores de produção de hidrogênio por eletrólise de água alcalina - princípios, materiais e estruturas

1. Princípio de ação do eletrodo

Em primeiro lugar, o papel do eletrocatalisador na eletrolisador de produção de hidrogênio é crucial. É o local onde ocorre a reação eletroquímica e o fator fundamental que determina a eficiência da produção de hidrogênio do eletrolisador de produção de hidrogênio.

Teoricamente, a tensão da eletrólise da água é de 1,23 V e a tensão neutra térmica é de 1,48 V. No entanto, em equipamentos reais de grande escala, a tensão de uma única câmara de eletrólise atinge cerca de 2 V. Sob a condição de operação de alta densidade de corrente (o a corrente operacional do eletrolisador industrial é de cerca de 3000-4000A), a polarização eletroquímica do cátodo e do ânodo é responsável por uma grande parte.

2. Materiais e estrutura do eletrodo
Atualmente, existem muitos tipos de catalisadores para eletrólise de água alcalina do ponto de vista da pesquisa científica, incluindo catalisadores à base de metais preciosos (Pt, Pd, Au, Ag etc.), catalisadores à base de metais não preciosos (Fe, Co, Ni etc. .) e catalisadores não metálicos (materiais de carbono, etc.).

Atualmente, a maioria dos catalisadores usados em grandes células eletrolíticas são à base de Ni, malha de níquel puro ou espuma de níquel ou catalisadores altamente ativos à base de Ni (níquel de Raney, sulfeto de níquel ativado, liga de NiMo ou NiAl ativado, etc.) pulverizados nesta base.

Existem dois catalisadores em uma câmara eletrolítica, um no cátodo e outro no ânodo, distribuídos em ambos os lados do diafragma e em contato direto com o diafragma. A forma é geralmente consistente com a forma da célula eletrolítica (geralmente circular), e sua área geométrica é igual à área efetiva da célula eletrolítica.

A malha de Ni é geralmente feita de malha de arame de Ni de malha 40-60 cortada em um círculo, e o diâmetro do fio de Ni é de cerca de 200um. Embora a estrutura da tela de arame de Ni seja simples, sua área superficial é muito maior que a da placa de Ni. Quando a mesma voltagem da célula é aplicada, há mais locais para reação eletroquímica, o que pode gerar uma corrente maior.

Com o desenvolvimento contínuo de produção de hidrogénio de energia renovável indústria, os requisitos para equipamentos eletrolisadores em grande escala estão ficando cada vez maiores. A simples sobreposição de células fará com que o comprimento do eletrolisador seja muito longo, o que não favorece a montagem e instalação do eletrolisador. Existem também muitos problemas, como afundar no meio do eletrolisador.

Portanto, é um caminho viável para melhorar a densidade de corrente através da otimização do catalisador. De acordo com a lei de Faraday, a massa da substância que sofre alterações químicas na interface do eletrodo é proporcional à quantidade de eletricidade transmitida. A chave para aumentar a densidade de corrente é aumentar a taxa de reação eletroquímica na superfície do catalisador sob uma determinada célula. voltagem, que depende de dois aspectos das características do catalisador, nomeadamente o número de sítios catalíticos e a atividade intrínseca dos sítios catalíticos.