隨著對清潔能源需求的不斷增長,電解水製氫作為一項關鍵的綠色制氫技術受到了極大的關注。 其中, 的電解制氫材料對電解效率、系統穩定性和使用壽命 起決定性作用。 目前,常用的基材材料包括泡沫鎳、鎳編織網、鎳燒結氈、鈦燒結氈、不銹鋼燒結氈和不銹鋼編織網,它們各自具有不同的結構特徵和性能優勢。 襯底材料的合理選擇是提高器件性能和效率的關鍵。
泡沫鎳是一種三維多孔材料,孔隙率超過90%,類似於海綿,孔徑可調整到微米級。 其獨特的蜂窩結構不僅提供了非常大的比表面積,而且還表現出優異的導電性、導熱性和機械強度,使其適用於需要高表面反應活性的各種電化學系統。
在電解制氫中,泡沫鎳可以顯著提高析氣速率和反應效率,廣泛應用於氫能源裝置、鎳氫電池、鋰離子電極等領域。 然而,其製備過程對氧和雜質敏感,其相對較高的成本仍然是工業化過程中的技術挑戰之一。
鎳編織網由高純度鎳絲 (Ni ≥ 99.5%) 通過精密編織製成,有方形和矩形孔可供選擇,具有統一的結構和可定製的尺寸。 它表現出優異的導電性和導熱性,有效地降低了電解制氫過程中的電阻並增加了電流密度,從而加快了製氫速率。
鎳編織網還提供了良好的耐腐蝕性和靈活性,以及出色的加工能力。 儘管在高溫和高濕度環境中存在一定的氧化風險,但鎳編織網仍廣泛用於化學過濾,電鍍電極和電子熱管理領域。 它是電解系統中常用且高效的電極材料之一。
鎳燒結氈由微米級高純鎳纖維 ,通過專門的鋪設工藝和高溫真空燒結形成三維網狀結構,孔隙率可調。 它具有優異的導電性,電解質吸附和機械強度,能夠在400-600 °C的高溫下保持穩定運行,使其成為AEM電解池中理想的擴散層材料。 儘管其製造成本高、加工難度大、運行過程中潛在的表面鈍化,但由於其突出的電化學性能和耐腐蝕性,被廣泛應用於綠色制氫、催化、電池、傳感器等高端領域。
鈦燒結氈由細鈦纖維燒結而成的三維多孔結構 ,孔隙率高,孔徑均勻,具有優異的耐腐蝕性和化學穩定性,能夠在600-800 ℃ 下穩定工作。
其結構有利於電解質滲透和氣體逸出,使其特別適用於強氧化或鹼性環境,通常用作PEM和AEM電解池陽極側的擴散層或導電材料。 儘管它相對昂貴,並且在極端條件下仍存在一些腐蝕風險,但其可靠性使其廣泛用於化學工程,航空航天和醫療保健領域。
的不銹鋼燒結氈通過壓縮和燒結精細不銹鋼纖維製成, 具有可控孔隙率的均勻結構,將機械強度與導電性相結合,使其適用於大多數電解制氫環境。
其多孔結構促進了均勻的電解質分布和氣體逸出,確保了穩定的運行和高的成本效益。 儘管導電性略低於鎳基材料且易於表面氧化,但它仍然是具有適當定期維護的製氫系統的可靠選擇。
不銹鋼編織網由不銹鋼絲 編織而成,結構堅固,規格多樣,具有優異的抗壓強度和耐腐蝕性。
儘管其電導率不如鎳基材料高,但已廣泛用作各種工業電解裝置中的結構支撐和輔助導電層。
| 材料名稱 | 優點 | 缺點 |
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| 泡沫鎳 |
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| 鎳編織網 |
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| 鎳燒結氈 |
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| 鈦燒結氈 |
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| 不銹鋼燒結氈 |
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| 不銹鋼編織網 |
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