Apakah Faktor yang Mempengaruhi Jangka Hayat Elektrolisis Pengeluaran Hidrogen Elektrolisis Air?

Dengan peralihan tenaga global yang dipercepatkan, hijau pengeluaran hidrogen telah menjadi tumpuan penyelidikan, dan teknologi pengeluaran hidrogen elektrolisis air telah menarik perhatian yang meluas. Sebagai peralatan teras untuk pengeluaran hidrogen, jangka hayat elektrolisis secara langsung menentukan kos pengeluaran hidrogen dan faedah ekonomi projek. Faktor-faktor yang mempengaruhi jangka hayat elektrolisis adalah kompleks; satu faktor boleh menyebabkan pelbagai keadaan buruk. Komponen sekatan biasa termasuk bahan sedia ada, keadaan operasi dan elektrod. Di samping itu, persekitaran elektrolisis juga merupakan faktor utama yang mengehadkan jangka hayat, seperti voltan berlebihan, suhu terlalu tinggi dan persekitaran berasid/alkali.

1. Mula-Henti dan Keadaan Operasi yang Berubah-ubah

Apa yang paling ditakuti oleh elektrolisis bukanlah operasi berterusan, tetapi keadaan mula-henti yang kerap dan turun naik kuasa.

Kitaran Tekanan Terma: Suhu dalaman elektrolisis berubah berulang kali dengan setiap permulaan dan penghentian. Perbezaan dalam pekali pengembangan haba pelbagai bahan menyebabkan tegasan berselang-seli pada pengedap, plat tiang dan diafragma, mengakibatkan kelonggaran struktur, kebocoran dan juga pecah selepas pengumpulan jangka panjang.

Kakisan Arus Songsang: Semasa penutupan, baki hidrogen dan oksigen dalam elektrolit meresap antara satu sama lain untuk membentuk sel galvanik tempatan pada elektrod dan menghasilkan arus songsang, yang akan menghakis anod dengan teruk.

Lonjakan Voltan: Lebihan voltan serta-merta semasa permulaan boleh merosakkan diafragma, menyebabkan resapan silang hidrogen-oksigen, membawa potensi bahaya keselamatan dan mempercepatkan kemerosotan prestasi.

2.Ketahanan Bahan dan Komponen yang Semula Jadi

2.1 Diafragma

Elektrolisis Air AlkaliDiafragma asbestos pada peringkat awal telah dihentikan secara berperingkat, dan produk utama pada masa ini ialah diafragma komposit polifenilena sulfida (PPS) atau polieter eter keton (PEEK). Di bawah suhu tinggi dan keadaan alkali yang kuat, diafragma akan secara beransur-ansur menjadi rapuh dengan keliangan yang berkurangan dan rintangan dalaman yang meningkat.

Elektrolisis PEM:Membran asid perfluorosulfonik mengalami degradasi berganda termasuk degradasi kimia (serangan radikal bebas) dan degradasi mekanikal (kitaran kering-basah), yang membawa kepada penipisan membran dan peningkatan lubang kecil, yang seterusnya meningkatkan kadar penyerapan hidrogen dan mengurangkan kecekapan operasi.

2.2 Elektrod

Bagi elektrod berasaskan nikel, operasi jangka panjang akan menyebabkan penumpahan bahan aktif, penebalan lapisan oksida dan pengurangan luas permukaan tertentu, seterusnya meningkatkan lebihan keupayaan dan penggunaan tenaga. Arus songsang dan ion bendasing (Fe³⁺, Cl⁻, dsb.) akan mempercepatkan kakisan dan keracunan elektrod.

2.3 Plat Tiang dan Bahagian Pengedap

Sebaik sahaja lubang kecil muncul pada lapisan plat tiang (keluli karbon bersalut nikel atau nikel tulen), substrat keluli karbon akan menghakis dan berkarat, mencemarkan elektrolit dan meningkatkan rintangan sentuhan. Pendedahan jangka panjang kepada suhu tinggi, kitaran alkali dan tekanan akan menyebabkan ubah bentuk dan pelembutan gasket pengedap, mengakibatkan kebocoran cecair atau aliran silang gas.

3. Keadaan Operasi dan Kawalan Kualiti Air

3.1 Suhu dan Tekanan

Apabila suhu operasi melebihi julat optimum, kadar penuaan diafragma dan bahan meningkat secara eksponen dengan setiap kenaikan suhu 10 ℃. Secara amnya, suhu operasi optimum elektrolisis alkali ialah 80–90 ℃, manakala elektrolisis PEM ialah 60–70 ℃. Turun naik tekanan juga menyebabkan kerosakan akibat keletihan pada keseluruhan pengedap dan struktur elektrolisis.

3.2 Ketulenan Elektrolit

Elektrolisis Air Alkali: Bendasing (Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) dalam larutan KOH akan membentuk mendakan hidroksida dan mendapan pada diafragma, menyekat liang pori dan meningkatkan rintangan.

Elektrolisis PEM: Amat sensitif terhadap ion logam. Pertukaran ion berlaku apabila ion logam bersentuhan dengan membran pertukaran ion, mengurangkan kekonduksian proton dan mempercepatkan degradasi membran.

3.3 Ketumpatan Arus dan Julat Beban

Operasi jangka panjang di bawah ketumpatan arus yang berlebihan akan menyebabkan titik panas setempat, peningkatan potensi berlebihan evolusi oksigen dan penyumbatan gelembung saluran pemindahan jisim, mempercepat penuaan elektrod dan diafragma. Operasi di bawah beban ultra rendah (beban undian kurang daripada 20%) menghasilkan output gas yang rendah dan risiko resapan bersama hidrogen-oksigen yang lebih tinggi, membentuk gas campuran yang mudah meletup. Sementara itu, risiko kakisan terbalik di bawah arus rendah juga meningkat dengan ketara.

4. Kekurangan dalam Strategi Operasi dan Penyelenggaraan

1. Kegagalan untuk menggantikan elektrolit mengikut jadual (elektrolisis alkali disyorkan untuk penggantian elektrolit setiap 1 hingga 2 tahun). Selepas operasi jangka panjang, kesan produk kakisan (besi, ion nikel, dll.) daripada elektrod dan saluran paip akan memasuki elektrolit, menjadikannya kuning dan keruh, meningkatkan rintangan dan meningkatkan penggunaan tenaga.

2. Kekurangan pemantauan terhadap konsistensi voltan sel tunggal. Kenaikan voltan sel individu yang tidak normal tanpa rawatan yang tepat pada masanya akan menghasilkan suhu tinggi dan bendasing tempatan, yang merebak melalui elektrolit dan struktur serta mempercepatkan penuaan pengedap sel bersebelahan dan kakisan plat kutub.

3. Ketiadaan pembersihan nitrogen atau langkah perlindungan selepas penutupan. Sisa alkali menyerap kelembapan dan menghablur, mengakibatkan kakisan peralatan.

4. Pengabaian penyelenggaraan untuk sistem air tulen dan air penyejuk, menyebabkan bendasing memasuki elektrolisis.

5. Kesimpulan

Jangka hayat dan prestasi elektrolisis tidak pernah ditentukan oleh satu faktor sahaja, tetapi bergantung pada pengoptimuman sains bahan, strategi operasi dan sistem penyelenggaraan yang komprehensif. Daripada mengawal suhu optimum dan memadankan ketumpatan arus yang munasabah, kepada penggantian elektrolit secara berkala dan amaran awal voltan sel tunggal yang tidak normal, setiap parameter yang kelihatan kecil adalah penting untuk operasi peralatan elektrolisis yang stabil.

Soalan Lazim:

1. Siapakah kita?
Kami berpangkalan di Anhui, China, bermula dari tahun 2011, menjual ke Asia Tenggara, Amerika Utara, Eropah Timur, Asia Selatan.