Плюсове и минуси на често срещаните диафрагмени материали за алкални електролизатори

В алкални производство на водород В електролизаторите мембраната е основният компонент, втори по важност след електродите, изпълнявайки две основни функции: първо, стриктно да блокира водородните и кислородните газове, елиминирайки риска от смесване и експлозия; и второ, да действа като канал за проводимост на хидроксилни йони, осигурявайки ефективно протичане на електролизната реакция. От ранните силно токсични и канцерогенни азбестови мембрани до днешните масови PPS тъканни мембрани и след това до порести композитни мембрани, технологичната итерация на алкалните мембрани за производство на водород последователно се фокусира върху четири основни цели: ниско съпротивление, висока стабилност, дълъг живот и ниска цена.

Една квалифицирана мембрана трябва едновременно да отговаря на четири основни показателя: йонна проводимост, газобариерни свойства, химическа стабилност и механична якост. Тези показатели са взаимозависими: увеличаването на порьозността намалява съпротивлението, но изостря изтичането на газ; увеличаването на плътността намалява изтичането на газ, но увеличава импеданса на йонния транспорт. Технологичните пробиви в различните видове мембрани по същество включват оптимизиране и балансиране на това противоречие.

I. Подробен сравнителен анализ на основните материали за диафрагми с алкални електролити

1. Азбестова диафрагма: Остарял материал от първо поколение, забранен в световен мащаб.

Азбестовите диафрагми са продукт от първо поколение за производство на алкален водород, доминиращ на пазара през 20-ти век. Поради силната си канцерогенност, те са забранени в световен мащаб.

Материал и структура: Мокро формовани естествени серпентинови азбестови влакна, пореста мрежеста структура, диаметър на влакната 0,1–5 μm, порьозност 60%–80%.

Основни предимства: Високо съдържание на хидроксилни групи върху повърхността на влакната, силна хидрофилност, бързо омокряне с електролит; устойчивост на алкали и високи температури, стабилна работа при 30% KOH и 90℃; изключително ниска цена на суровината, лесен процес на приготвяне.

Основни недостатъци: Силно токсичен и канцерогенен, посочен като опасен химикал в много страни; хлабави пори, лоши газобариерни свойства, висок процент на кръстосано замърсяване; влакната лесно набъбват при продължителна употреба, повърхностно съпротивление 0,5–0,8 Ω·cm², консумация на енергия с 20%–40% по-висока от съвременните диафрагми; лоша механична якост, лесно се повреждат, живот само няколко хиляди часа.

2. PPS тъканен сепаратор: Предпочитаният материал за текущото промишлено производство

Тъканните сепаратори от полифенилен сулфид (PPS) са идеална алтернатива на азбестовите сепаратори. Тяхната висока стабилност и икономическа ефективност ги правят предпочитан материал за текущи... алкален промишлени проекти за производство на водород.

Материал и структура: Изработени от PPS филаменти/къси влакна, тези сепаратори са изтъкани, хидросплетени и горещо пресовани, за да се създаде триизмерна плътна тъканна структура. Някои продукти се подлагат на плазмена обработка и покритие за хидрофилна модификация.

Основни предимства: Стабилна молекулярна структура, устойчивост на киселини, основи, високи температури и окислителна хидролиза; възможност за непрекъсната работа при 30% KOH и 180℃; якост на опън 30–35 MPa, силна удароустойчивост и живот от 5–10 години; висока наличност на местни суровини и зряла технология; цената на тон мембрана е само 60%–70% от тази на композитните сепаратори, което я прави подходяща за мащабно масово производство.

Основни недостатъци: Молекулата няма полярни групи, което води до лоша естествена хидрофилност и трудности при омокряне на електролита; размерът на порите е 5–20 μm, което води до умерени газобариерни свойства и изисква прецизно запечатване; съпротивлението след модификация е 0,2–0,4 Ω·cm², което ограничава увеличаването на плътността на тока в електролизера.

3. Порести композитни мембрани: Подобрен основен материал

Порестите композитни мембрани са разработени, за да се справят с проблемите с високата устойчивост и кръстосаното замърсяване на чистите PPS мембрани, предлагайки цялостни подобрения на производителността и постепенно се превръщайки в основен избор за нови проекти за производство на водород от висок клас.

Материал и структура: Използвайки композитна структура от „поддържащ слой от PPS тъкан + керамично полимерно покритие“, средната PPS нишка осигурява механична опора, докато горната и долната повърхности са покрити с керамични частици ZrO₂/TiO₂ и свързващи вещества полисулфон (PSU) и полиетеретеркетон (PEEK), образувайки плътно нанопоресто покритие.

Основни предимства: Керамичните частици имат силна хидрофилност, образувайки непрекъснати йонни канали със съпротивление на слоя ≤0,3 Ω·cm²; порьозността на покритието е намалена до 0,05–0,2μm, което значително подобрява газобариерните свойства и намалява риска от кръстосано замърсяване.

Основни недостатъци: Процесът на нанасяне на покритие е сложен и изисква висока прецизност на оборудването; цената на тон мембрана е с 30%–50% по-висока от тази на чистите PPS мембрани; покритието е склонно към лющене и напукване по време на продължителна експлоатация, което води до нестабилна производителност; основната формула е монополизирана от чуждестранни компании, а местните продукти все още изостават от вноса.

II. Перспективи за бъдещите технологии

Настоящата индустриална обстановка е ясна: PPS тъканните мембрани, със своите зрели процеси и ценови предимства, доминират в мащабното промишлено производство и са оптималният избор в момента; порестите композитни мембрани претърпяват подобрения в производителността, адаптирайки се към висока плътност на тока и ново производство на водород, свързано с енергия, ускорявайки заместването на вътрешния пазар.

С напредъка в материалите и процесите, мембраните ще продължат да се стремят към ниско съпротивление, дълъг живот и ниска цена, като допълнително намалят разходите и подобрят ефективността на производството на алкален водород, като в крайна сметка улеснят мащабното внедряване на зелен водород и осигурят основна материална подкрепа за глобалната въглеродна неутралност и енергийния преход.

ЧЗВ:

1. Кои сме ние?
Базирани сме в Анхуей, Китай, започваме от 2011 г., продаваме в Югоизточна Азия, Северна Америка, Източна Европа, Южна Азия.

2. Можете ли да персонализирате номиналната мощност или напрежение?
Да, персонализирането на продуктите е приемливо.

3. Може ли вашата компания да осигури цялостна система (горивни клетки, производство на водород, съхранение на водород, система за доставка на водород)?
Да, можем да осигурим необходимите аксесоари съответно.

4. Защо трябва да изберете нас, а не други доставчици?
Разполагаме с опитен професионален екип за технически изследвания и разработки. Способности за съчетаване на системи за управление/НИРД и контрол на качеството. Ценово предимство, осигурено от възможностите за интеграция на веригата за доставки.