Materiais De Produção De Hidrogênio Eletrolítico: De Espuma De Níquel Para Malha De Aço Inoxidável

Com a crescente demanda por energia limpa, a eletrólise da água para a produção de hidrogênio ganhou atenção significativa como uma tecnologia de hidrogênio verde. Entre estes, Materiais eletrolíticos produção hidrogênio Desempenham um papel decisivo na eficiência da eletrólise, estabilidade do sistema e vida útil. Atualmente, materiais de substrato comumente usados incluem espuma de níquel, níquel malha tecida, níquel sinterizado feltro, titânio sinterizado feltro, aço inoxidável sinterizado feltro e aço inoxidável malha tecida, cada um com características estruturais distintas e vantagens de desempenho. A seleção racional de materiais do substrato é fundamental para melhorar o desempenho e a eficiência do dispositivo.

Seleção dos materiais do substrato
Espuma de Níquel: O 'Especialista em Produção de Hidrogeno' com uma Estrutura Porosa Tridimensional

A espuma de níquel é um material poroso tridimensional com uma porosidade superior a 90%, semelhante a uma esponja, com tamanhos de poros ajustáveis à escala micrômetro. Sua estrutura única de favo de mel não apenas fornece uma área superficial específica excepcionalmente grande, mas também exibe excelente condutividade elétrica, condutividade térmica e resistência mecânica, tornando-o adequado para vários sistemas eletroquímicos que exigem alta atividade de reação superficial.

Na produção de hidrogênio eletrolítico, a espuma de níquel pode aumentar significativamente a taxa de evolução do gás e a eficiência da reação, e é amplamente utilizada em dispositivos de energia de hidrogênio, baterias de níquel-hidrogênio e eletrodos de íons de lítio. No entanto, seu processo de preparação é sensível ao oxigênio e impurezas, e seu custo relativamente alto continua sendo um dos desafios técnicos no processo de industrialização.

A piece of honeycomb-structured nickel foam
Malha tecida níquel: Um material condutor de alta eficiência com uma estrutura controlável

Malha tecida níquel, Construído a partir de fio de níquel de alta pureza (Ni ≥ 99,5%) através de tecelagem de precisão, está disponível em aberturas quadradas e retangulares, apresentando uma estrutura uniforme e dimensões personalizáveis. Ele exibe excelente condutividade elétrica e térmica, reduzindo efetivamente a resistência e aumentando a densidade de corrente durante a produção de hidrogênio eletrolítico, acelerando a produção de hidrogênio.

Malha tecida níquel também oferece boa resistência à corrosão e flexibilidade, juntamente com excelentes capacidades de processamento. Apesar de um certo risco de oxidação em ambientes de alta temperatura e alta umidade, a malha tecida de níquel é amplamente utilizada nos campos de filtração química, eletrodos de galvanoplastia e gerenciamento térmico eletrônico. É um dos materiais de eletrodos comumente usados e eficientes em sistemas eletrolíticos.

A piece of nickel woven mesh
Feltro sinterizado níquel: Microestrutura de alto desempenho Material

Níquel sinterizado feltro É feito de fibras de níquel de alta pureza de nível mícron, formando uma estrutura de malha tridimensional através de um processo de colocação especializado e sinterização a vácuo de alta temperatura, com porosidade ajustável. Possui excelente condutividade elétrica, adsorção eletrolítica e resistência mecânica, capaz de manter operação estável em altas temperaturas de 400-600 °C, tornando-se um material de camada de difusão ideal em células eletrolíticas AEM. Apesar de seu alto custo de fabricação, dificuldade de processamento e potencial passivação superficial durante a operação, é amplamente utilizado em campos de alta qualidade, como produção de hidrogênio verde, catálise, baterias e sensores devido ao seu excelente desempenho eletroquímico e resistência à corrosão.

Multiple square nickel sintered felts stacked together
Titânio sinterizado feltro: O 'Guardião eletrolítico' em ambientes extremos

Titânio sinterizado feltro Feito de fibras finas de titânio aglomeradas em uma estrutura porosa tridimensional com alta porosidade e tamanho uniforme de poros, possui excelente resistência à corrosão e estabilidade química, capaz de manter operação estável a 600-800 ° C.

Sua estrutura facilita a penetração de eletrólitos e a evolução do gás, tornando-o particularmente adequado para ambientes oxidativos ou alcalinos fortes, frequentemente usados como camada de difusão ou material condutor no lado do ânodo das células eletrolíticas PEM e AEM. Embora seja relativamente caro e ainda represente algum risco de corrosão sob condições extremas, sua confiabilidade o torna amplamente utilizado nas áreas de engenharia química, aeroespacial e saúde.

Multiple square titanium sintered felts stacked together
Feltro sinterizado de aço inoxidável: um material versátil e econômico

Fabricado comprimindo e sinterizando fibras finas de aço inoxidável, Aço inoxidável sinterizado feltro Apresenta uma estrutura uniforme com porosidade controlável, combinando resistência mecânica com condutividade elétrica, tornando-o adequado para a maioria dos ambientes de produção de hidrogênio eletrolítico.

Sua estrutura porosa promove a distribuição uniforme do eletrólito e a evolução do gás, assegurando a operação estável e a rentabilidade alta. Embora ligeiramente menos condutor do que os materiais à base de níquel e propenso à oxidação superficial, continua a ser uma escolha confiável para sistemas de produção de hidrogênio com manutenção periódica adequada.

Multiple square stainless steel sintered felts stacked together
Malha tecida do aço inoxidável: Suporte estrutural estável & durável

Malha tecida do aço inoxidável Tecido a partir de fio de aço inoxidável, apresenta uma estrutura robusta, diversas especificações e excelente resistência à compressão e resistência à corrosão.

Embora sua condutividade elétrica não seja tão alta quanto os materiais à base de níquel, ela tem sido amplamente utilizada como suporte estrutural e uma camada condutora auxiliar em vários dispositivos eletrolíticos industriais.

Three square stainless steel woven meshes stacked together
Tabela Referência Rápida Materiais Produção Hidrogênio Eletrolítico
Tabela 1: Materiais Eletrolíticos de Produção de Hidrogênio
Nome do material Vantagens Desvantagens
Espuma níquel
  • Alta porosidade e superfície específica, facilitando a exposição de sítios ativos e a penetração de eletrólitos.
  • Boa condutividade elétrica e estabilidade química, adequada para células eletrolíticas alcalinas de alta densidade.
  • Estrutura de malha tridimensional com excelente resistência mecânica e suporte.
  • A preparação é suscetível a oxigênio e poluentes, levando a uma estabilidade reduzida.
  • Processo de preparação não produzido em massa, resultando em altos custos.
Malha tecida níquel
  • Boa condutividade elétrica e resistência à corrosão, adequada para operação estável em soluções alcalinas.
  • Boa flexibilidade permite o processamento em formas complexas.
  • Pode efetivamente conduzir a corrente como um eletrodo auxiliar na célula eletrolítica.
  • Facilmente oxidado e corroído em ambientes de alta temperatura e alta umidade, reduzindo a estabilidade e a vida útil.
  • Os revestimentos térmicos são propensos a descascar, afetando a qualidade metalográfica.
Feltro sinterizado níquel
  • Alta porosidade e condutividade elétrica, adequada para células eletrolíticas de alta densidade.
  • Boa estabilidade química e resistência a altas temperaturas (400-600 °C).
  • Boa atividade catalítica anódica e estabilidade.
  • Difícil de processar e alto custo, limitando a aplicação em larga escala.
  • Um filme de passivação pode se formar na superfície durante a operação a longo prazo, afetando a atividade.
Feltro sinterizado titânio
  • Exibe excelente resistência à corrosão e estabilidade a altas temperaturas, adequada para ambientes eletrolíticos agressivos.
  • Possui boa biocompatibilidade e condutividade térmica.
  • Executa excelentemente como camada de difusão de gás e eletrodo em células eletrolíticas PEM.
  • O alto custo limita a aplicação generalizada.
  • A corrosão ainda é possível em condições extremas.
Aço inoxidável feltro sinterizado
  • Exibe boa resistência mecânica e tenacidade, adequada para suportar impactos sob pressão.
  • Boa resistência à corrosão, adequada para soluções industriais e aquosas gerais.
  • Exibe boa atividade catalítica anódica e resistência à corrosão em células eletrolíticas AEM.
  • A formação de uma camada áspera de óxido na superfície durante a operação a longo prazo afeta a atividade e o comportamento da bolha.
  • A condutividade elétrica não é tão boa quanto a dos materiais à base de níquel, afetando a eficiência eletrolítica.
Malha tecida aço inoxidável
  • Possui boa resistência à corrosão e propriedades mecânicas, tornando-o adequado para células eletrolíticas de alta densidade e alta temperatura.
  • Pode ser usado como substrato de eletrodo ou material de suporte com estrutura estável.
  • Má condutividade elétrica pode exigir revestimento adicional para melhorar a eficiência.
  • Pode corroer e oxidar em ambientes extremos, afetando sua vida útil.