Materiales de producción de hidrógeno electrolítico: de espuma de níquel a malla tejida de acero inoxidable

Con la creciente demanda de energía limpia, la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno ha ganado una atención significativa como una tecnología clave de hidrógeno verde. Entre estos, Materiales electrolíticos de la producción del hidrógeno Desempeñan un papel decisivo en eficacia de la electrólisis, estabilidad de sistema, y vida de servicio. Actualmente, los materiales de sustrato comúnmente utilizados incluyen espuma de níquel, malla tejida de níquel, fieltro sinterizado de níquel, fieltro sinterizado de titanio, fieltro sinterizado de acero inoxidable y malla tejida de acero inoxidable, cada uno con características estructurales distintas y ventajas de rendimiento. La selección racional de los materiales del sustrato es clave para mejorar el rendimiento y la eficiencia del dispositivo.

La selección de materiales de sustrato

Espuma de níquel: el "experto en producción de hidrógeno" con una estructura porosa tridimensional

La espuma de níquel es un material poroso tridimensional con una porosidad superior al 90%, que se asemeja a una esponja, con tamaños de poro ajustables a la escala micrométrica. Su estructura de panal única no solo proporciona una superficie específica excepcionalmente grande, sino que también exhibe una excelente conductividad eléctrica, conductividad térmica y resistencia mecánica, lo que la hace adecuada para varios sistemas electroquímicos que requieren una alta actividad de reacción superficial.

En la producción de hidrógeno electrolítico, la espuma de níquel puede mejorar significativamente la tasa de evolución del gas y la eficiencia de la reacción, y se utiliza ampliamente en dispositivos de energía de hidrógeno, baterías de níquel-hidrógeno y electrodos de iones de litio. Sin embargo, su proceso de preparación es sensible al oxígeno y las impurezas, y su costo relativamente alto sigue siendo uno de los desafíos técnicos en el proceso de industrialización.

A piece of honeycomb-structured nickel foam

Malla tejida de níquel: un material conductor de alta eficiencia con una estructura controlable

Malla tejida níquel, Construido del alambre de gran pureza del níquel (≥ 99,5% del Ni) a través de tejer de la precisión, está disponible en aberturas cuadradas y rectangulares, ofreciendo una estructura uniforme y dimensiones adaptables. Exhibe una excelente conductividad eléctrica y térmica, reduciendo efectivamente la resistencia y aumentando la densidad de corriente durante la producción de hidrógeno electrolítico, acelerando así la tasa de producción de hidrógeno.

La malla tejida de níquel también ofrece buena resistencia a la corrosión y flexibilidad, junto con excelentes capacidades de procesamiento. A pesar de un cierto riesgo de oxidación en ambientes de alta temperatura y alta humedad, la malla tejida de níquel se utiliza ampliamente en los campos de filtración química, electrodos de galvanoplastia y gestión térmica electrónica. Es uno de los materiales de electrodo comúnmente utilizados y eficientes en sistemas electrolíticos.

Fieltro sinterizado níquel: Material de alto rendimiento de la microestructura

Fieltro sinterizado de níquel Está hecho de fibras de níquel de alta pureza a nivel de micras, formando una estructura de malla tridimensional a través de un proceso de colocación especializado y sinterización al vacío a alta temperatura, con porosidad ajustable. Posee una excelente conductividad eléctrica, adsorción de electrolitos y resistencia mecánica, capaz de mantener un funcionamiento estable a altas temperaturas de 400-600 ° C, lo que lo convierte en un material de capa de difusión ideal en celdas electrolíticas AEM. A pesar de su alto costo de fabricación, dificultad de procesamiento y potencial pasivación de la superficie durante la operación, es ampliamente utilizado en campos de alta gama como la producción de hidrógeno verde, catálisis, baterías y sensores debido a su excelente rendimiento electroquímico y resistencia a la corrosión.

Multiple square nickel sintered felts stacked together

Fieltro sinterizado de titanio: el 'guardián electrolítico' en entornos extremos

Fieltro sinterizado titanio Hecho de fibras de titanio fino sinterizado en una estructura porosa tridimensional con alta porosidad y tamaño de poro uniforme, posee excelente resistencia a la corrosión y estabilidad química, capaz de mantener un funcionamiento estable a 600-800 ° C.

Su estructura facilita la penetración del electrólito y la evolución del gas, haciéndola particularmente conveniente para los ambientes oxidativos o alcalinos fuertes, de uso frecuente como capa de la difusión o material conductor en el lado del ánodo de las células electrolíticas del PEM y del AEM. Aunque es relativamente costoso y aún presenta cierto riesgo de corrosión en condiciones extremas, su confiabilidad lo hace ampliamente utilizado en los campos de la ingeniería química, la industria aeroespacial y la atención médica.

Multiple square titanium sintered felts stacked together

Fieltro sinterizado del acero inoxidable: Un material rentable, versátil

Fabricado comprimiendo y sinterizando las fibras finas del acero inoxidable, Fieltro sinterizado del acero inoxidable Presenta una estructura uniforme con porosidad controlable, que combina resistencia mecánica con conductividad eléctrica, lo que la hace adecuada para la mayoría de los entornos de producción de hidrógeno electrolítico.

Su estructura porosa promueve incluso la distribución del electrólito y la evolución del gas, asegurando la operación estable y la alta rentabilidad. Aunque es ligeramente menos conductor que los materiales a base de níquel y propenso a la oxidación superficial, sigue siendo una opción confiable para los sistemas de producción de hidrógeno con un mantenimiento periódico adecuado.

Multiple square stainless steel sintered felts stacked together

Malla tejida de acero inoxidable: soporte estructural estable y duradero

Malla tejida de acero inoxidable Tejido del alambre de acero inoxidable, ofrece una estructura robusta, especificaciones diversas, y resistencia compresiva y resistencia a la corrosión excelentes.

Aunque su conductividad eléctrica no es tan alta como los materiales a base de níquel, se ha utilizado ampliamente como soporte estructural y una capa conductora auxiliar en varios dispositivos electrolíticos industriales.

Three square stainless steel woven meshes stacked together

Tabla de referencia rápida de los materiales de producción de hidrógeno electrolítico

Tabla 1: Tabla de referencia rápida de materiales de producción de hidrógeno electrolítico
Nombre del material	Ventajas	Desventajas
Espuma de níquel	Alta porosidad y superficie específica, facilitando la exposición de los sitios activos y la penetración de electrolitos. Buena conductividad eléctrica y estabilidad química, adecuada para celdas electrolíticas alcalinas de alta densidad de corriente. Estructura de malla tridimensional con excelente resistencia mecánica y soporte.	La preparación es susceptible al oxígeno y los contaminantes, lo que conduce a una estabilidad reducida. Proceso de preparación no producido en masa, lo que resulta en altos costos.
Malla tejida de níquel	Buena conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, adecuada para un funcionamiento estable en soluciones alcalinas. Buena flexibilidad permite el procesamiento en formas complejas. Puede conducir efectivamente la corriente como un electrodo auxiliar en la celda electrolítica.	Se oxida y corroe fácilmente en entornos de alta temperatura y alta humedad, reduciendo la estabilidad y la vida útil. Los recubrimientos de pulverización térmica son propensos a pelarse, lo que afecta la calidad metalográfica.
Fieltro Sinterizado Níquel	Alta porosidad y conductividad eléctrica, adecuada para celdas electrolíticas de alta densidad de corriente. Buena estabilidad química y resistencia a altas temperaturas (400-600 ° C). Buena actividad catalítica anódica y estabilidad.	Difícil de procesar y de alto costo, limitando la aplicación a gran escala. Se puede formar una película de pasivación en la superficie durante la operación a largo plazo, lo que afecta la actividad.
Fieltro sinterizado titanio	Exhibe una excelente resistencia a la corrosión y estabilidad a altas temperaturas, adecuada para entornos electrolíticos hostiles. Posee buena biocompatibilidad y conductividad térmica. Se realiza excelentemente como una capa de difusión de gas y electrodo en células electrolíticas PEM.	Alto costo limita la aplicación generalizada. La corrosión todavía es posible bajo condiciones extremas.
Fieltro sinterizado de acero inoxidable	Exhibe buena resistencia mecánica y dureza, adecuado para soportar impactos de presión. Buena resistencia a la corrosión, conveniente para las soluciones industriales y acuosas generales. Exhibe buena actividad catalítica anódica y resistencia a la corrosión en celdas electrolíticas AEM.	La formación de una capa rugosa de óxido en la superficie durante el funcionamiento a largo plazo afecta a la actividad y al comportamiento de las burbujas. La conductividad eléctrica no es tan buena como la de los materiales a base de níquel, lo que afecta la eficiencia electrolítica.
Malla tejida de acero inoxidable	Tiene buena resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas, lo que lo hace adecuado para celdas electrolíticas de alta densidad de corriente y alta temperatura. Se puede usar como un sustrato de electrodo o material de soporte con una estructura estable.	La mala conductividad eléctrica puede requerir recubrimiento adicional para mejorar la eficiencia. Puede corroerse y oxidarse en ambientes extremos, afectando su vida útil.