Какви фактори влияят върху експлоатационния живот на електролизатори за производство на водород чрез водна електролиза?

С ускорения глобален енергиен преход, зелените производство на водород се е превърнал в гореща точка на изследванията, а технологията за производство на водород чрез електролиза на вода е привлякла широко внимание. Като основно оборудване за производство на водород, експлоатационният живот на електролизатора пряко определя разходите за производство на водород и икономическите ползи от проекта. Факторите, влияещи върху експлоатационния живот на електролизатора, са сложни; един-единствен фактор може да предизвика множество неблагоприятни условия. Често срещани ограничаващи компоненти включват присъщи материали, условия на работа и електроди. Освен това, средата на електролизата също е ключов фактор, ограничаващ живота, като например прекомерно напрежение, свръхвисока температура и киселинна/алкална среда.

1. Старт-Стоп и променливи работни условия

Това, от което един електролизер най-много се страхува, не е непрекъснатата работа, а честите стартирания и спирания и колебанията в мощността.

Циклично термично напрежение: Вътрешната температура на електролизера се променя многократно с всяко стартиране и спиране. Разликите в коефициентите на термично разширение на различните материали причиняват променливо напрежение върху уплътненията, полюсните пластини и диафрагмите, което води до структурно разхлабване, течове и дори разкъсване след дългосрочно натрупване.

Корозия от обратен ток: По време на изключване, остатъчният водород и кислород в електролита дифундират взаимно, образувайки локални галванични клетки върху електродите и генерирайки обратен ток, който силно корозира анодите.

Пренапрежение: Моменталното превишаване на напрежението по време на стартиране може да повреди диафрагмата, причинявайки кръстосано проникване на водород и кислород, което води до потенциални опасности за безопасността и ускорява влошаването на производителността.

2.Присъща издръжливост на материалите и компонентите

2.1 Диафрагма

Електролизатор за алкална водаАзбестовите диафрагми в ранен етап са постепенно изведени от употреба и основните продукти в момента са композитни диафрагми от полифенилен сулфид (PPS) или полиетер етер кетон (PEEK). При висока температура и силни алкални условия диафрагмите постепенно стават крехки с намалена порьозност и повишено вътрешно съпротивление.

PEM електролизатор:Перфлуоросулфоново-киселинните мембрани страдат от двойно разграждане, включително химическо разграждане (атака на свободните радикали) и механично разграждане (циклиране на сухо-мокро), което води до изтъняване на мембраната и увеличаване на дупките, което от своя страна повишава скоростта на проникване на водород и намалява ефективността на работа.

2.2 Електрод

При електродите на никелова основа, продължителната работа ще доведе до отделяне на активни вещества, удебеляване на оксидните слоеве и намаляване на специфичната повърхност, което допълнително ще увеличи пренапрежението и консумацията на енергия. Обратният ток и примесните йони (Fe³⁺, Cl⁻ и др.) ще ускорят корозията и отравянето на електрода.

2.3 Полюсна плоча и уплътнителни части

След като по покритието на полюсните пластини (никелирана въглеродна стомана или чист никел) се появят дупки, основата от въглеродна стомана ще корозира и ръждяса, замърсявайки електролита и увеличавайки контактното съпротивление. Дългосрочното излагане на висока температура, луга и циклично изменение на налягането ще причини деформация и омекване на уплътненията, което ще доведе до изтичане на течност или кръстосан поток на газ.

3. Условия на работа и контрол на качеството на водата

3.1 Температура и налягане

Когато работната температура надвиши оптималния диапазон, скоростта на стареене на диафрагмите и материалите се увеличава експоненциално с всеки 10 ℃ повишаване на температурата. Обикновено оптималната работна температура на алкалните електролизатори е 80–90 ℃, докато тази на PEM електролизаторите е 60–70 ℃. Колебанията в налягането също причиняват умора на цялостното уплътнение и структура на електролизатора.

3.2 Чистота на електролита

Алкален воден електролизатор: Примесите (Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) в разтвор на KOH ще образуват хидроксидни утайки и ще се отлагат върху диафрагмите, запушвайки порите и увеличавайки съпротивлението.

PEM електролизатор: Изключително чувствителен към метални йони. Йонният обмен се получава, когато металните йони влязат в контакт с йонообменната мембрана, намалявайки протонната проводимост и ускорявайки разграждането на мембраната.

3.3 Плътност на тока и диапазон на натоварване

Дългосрочната работа при прекомерна плътност на тока ще доведе до локални горещи точки, повишено свръхнапрежение на отделянето на кислород и запушване с мехурчета на каналите за масопренос, ускорявайки стареенето на електродите и диафрагмите. Работата при ултра ниско натоварване (по-малко от 20% от номиналното натоварване) води до нисък дебит на газ и по-висок риск от взаимна дифузия на водород и кислород, образувайки експлозивна газова смес. В същото време рискът от обратна корозия при нисък ток също се увеличава значително.

4. Недостатъци в стратегиите за експлоатация и поддръжка

1. Неспазване на графика за смяна на електролита (за алкалните електролизатори се препоръчва смяна на електролита на всеки 1 до 2 години). След продължителна работа, следи от продукти от корозия (желязо, никелови йони и др.) от електродите и тръбопроводите ще попаднат в електролита, като го оцветят в жълто и го помътнят, увеличавайки съпротивлението и увеличавайки консумацията на енергия.

2. Липса на мониторинг на постоянството на напрежението на отделните клетки. Ненормалното повишаване на напрежението на отделните клетки без своевременно третиране ще генерира локално висока температура и примеси, които се разпространяват през електролита и структурите и ускоряват стареенето на съседните уплътнения на клетките и корозията на полюсните пластини.

3. Липса на продухване с азот или защитни мерки след спиране. Остатъчната луга абсорбира влага и кристализира, което води до корозия на оборудването.

4. Пренебрегване на поддръжката на системите за чиста вода и охлаждаща вода, което води до навлизане на примеси в електролизера.

5. Заключение

Срокът на експлоатация и производителността на електролизерите никога не се определят от един-единствен фактор, а разчитат на цялостна оптимизация на материалознанието, оперативните стратегии и системите за поддръжка. От контролирането на оптималната температура и съобразяването с разумната плътност на тока до редовната смяна на електролита и ранното предупреждение за анормално напрежение на отделните клетки, всеки на пръв поглед незначителен параметър е от решаващо значение за стабилната работа на електролизерното оборудване.

ЧЗВ:

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