Ar mikroreljefine dengta folija pagerina dujų ir skysčių srauto pasiskirstymą aukšto slėgio vandens elektrolizatorių viduje?

Pasaulio pramonės galioms paspartinus kelių gigavatų žaliojo vandenilio infrastruktūrą, siekdamos užtikrinti energetinę nepriklausomybę ir dekarbonizuoti sunkią gamybą, aukšto slėgio vandens elektrolizė (veikianti nuo 30 iki 50 barų) tapo aukso standartu. Naudojant aukštą slėgį nebereikia išorinių mechaninių vandenilio kompresorių, todėl sutaupoma milijonai dolerių tolesnio kapitalo įrangos ir parazitinio elektros suvartojimo.

Tačiau dirbant esant dideliam srovės tankiui ir esant aukštam slėgiui, atsiranda rimta skysčių dinamikos kliūtis: dvifazis dujų ir skysčių pasiskirstymas . Deguonies ir vandenilio dujoms greitai išsiskiriant ant katalizatoriaus paviršių, mikro burbuliukai susilieja į tankias dujų užuolaidas, kurios prilimpa prie plokščių dvipolių plokščių ir srauto ekranų. Šis 'burbuliukų prisegimas' blokuoja skysto vandens patekimą į reakcijos sluoksnį, sukuria vietines karštąsias vietas, pagreitina membranos degradaciją ir sukelia staigias elementų įtampos baudas. Istoriškai kaminų statytojai rėmėsi brangiu CNC frezuotu titano tinkleliu arba plokščiomis platinos grupės metalu (PGM) dengtomis titano folijomis, kurios nesugeba efektyviai nukreipti dujų evakavimo ir taiko nepastovias žaliavų kainas.

Mikroreljefine dengta aliuminio folija yra patikrintas, didelio našumo gamybos sprendimas šiam iššūkiui. Pagaminta ištisinio didelio tikslumo ritės įspaudimo būdu ir padengta chemiškai inertiškais, laidžiais apsauginiais lakais, ši sukonstruota folija turi nenutrūkstamus mikrokapiliarinio srauto takelius. Jis skatina greitą burbuliukų atsiskyrimą, užtikrina vienodą elektrolitų papildymą, pašalina parazitinių ląstelių perteklinį potencialą ir sumažina srauto paskirstymo komponentų sąnaudas daugiau nei 60 %, palyginti su titano mazgais..

Aukšto grynumo aliuminio folija kaip struktūrinis srauto substratas

Aukšto slėgio elektrolizatoriaus elementai reikalauja vienodų matmenų ir didelio šilumos laidumo siauruose elementų žingsniuose:

1000/8000 serijos didelio grynumo šerdis: atkaitinta ir stabilizuota aliuminio folija (matmenys nuo 0,08 mm iki 0,3 mm) suteikia išskirtinį pailgėjimą ir paviršiaus lankstumą, leidžiančius tiksliai įspausti mikro griovelius arba tinkuoti įspaudus be mikroplyšimų ar skylučių susidarymo.

Greitas šilumos perdavimas prieš vietines karštąsias vietas: aliuminio tūrinis šilumos laidumas viršija 210 W/m·K – daugiau nei trylika kartų didesnis nei 2 klasės titano (~16 W/m·K). Veikiant esant dideliam srovės tankiui, folija akimirksniu atitraukia šilumą nuo dujų kišenių zonų, apsaugodama membranos-elektrodų mazgą (MEA) nuo vietinio terminio retėjimo.

Atsparumas aukšto slėgio vandenilio trapumui: skirtingai nei feritinis nerūdijantis plienas, kuris katastrofiškai trapūs esant 30–50 barų drėgnam vandenilio poveikiui, aliuminio kubinės grotelės, nukreiptos į paviršių, išlieka visiškai lanksčios ir atsparios įtrūkimams ilgus dešimtmečius trunkantį slėgį.

Funkcinės laidžios ir inertiškos barjerinės dangos

Neapdorotas metalas niekada neturi tiesiogiai liestis su rūgštiniais arba šarminiais elektrolitų srautais:

Laidžių polimerų matricos be skylučių: katodo pusės ir dvipolių sąsajų atveju laidus lakas, įterptas į submikronines metalines daleles, palaiko mažą sąsajos kontakto varžą (ICR iki 5 mΩ·cm²), neleidžia susidaryti natūralioms, nelaidžioms aliuminio oksido plėvelėms.

Šarminė / rūgštinė cheminė izoliacija: šarminėms arba AEM vandens sistemoms specializuotos termoreaktingos polimerinės užtvaros atsparios nuolatiniam karšto elektrolito panardinimui (60 °C–80 °C) be išsipūtimo, pūslių ar pleiskanų, užtikrinant ilgalaikį cheminių medžiagų izoliavimą.

Techninis patvirtinimas ir praktinis atlikimas

Pasaulinė švarios energijos vizija ir B2B komercinis pelnas

DUK

1 klausimas: kaip mikroreljefinis paviršius pagerina dujų pašalinimą, palyginti su plokščiu lakštu?

A: Ant plokščių paviršių burbuliukai prilimpa dėl paviršiaus įtempimo ir sudaro dideles dujines antklodes, kurios blokuoja skysčių kontaktą. Mikroreljefinės folijos viršūnėlės ir slėniai sukuria kapiliarinius kanalus, kurie traukia skystį po burbuliukais, nulupa juos nuo plokštelės paviršiaus ir išstumia į pagrindinį skysčio srautą.

2 klausimas: ar aliuminio folija gali atlaikyti aukštą slėgį (nuo 30 barų iki 50 barų) elektrolizatoriaus viduje?

A: Taip. Slėgis veikiančio elektrolizatoriaus viduje yra hidrostatiškai subalansuotas visoje elementų kaminoje. Folija veikia kaip vidinė srautą nukreipianti ir ekranuojanti membrana, paremta struktūrinėmis bipolinėmis plokštėmis, o tai reiškia, kad ji patiria diferencines skysčio srauto jėgas, o ne nepalaikomas slėgio plyšimo apkrovas.

3 klausimas: ar mechaninis ruloninis įspaudimas nepažeidžia arba nesulaužo apsauginės paviršiaus dangos?

A: Ne, jei naudojamos gamykloje iš anksto padengtos žaliavos su lanksčiomis termoreaktingomis polimerų sistemomis. Danga suformuota taip, kad deformuotųsi nuo 0T iki 1T, ištempiant aliuminio pagrindą įspaudimo metu be mikroįtrūkimų, pleiskanų ir neprarandant sukibimo.

4 klausimas: kaip perėjimas nuo titano prie mikroreljefinio aliuminio sumažina gamybos sąnaudas?

A: Mikroreljefinis aliuminis sumažina žaliavų sąnaudas daugiau nei 60%, nereikalauja brangių laipsniško štampavimo štampų, be to, jis pristatomas iš anksto raštu ant ištisinių ritinių. Tai leidžia gamintojams supjaustyti dalis pagal dydį ir nedelsiant jas surinkti, sutaupant savaičių gamybos laiko.

5 klausimas: kodėl didelis aliuminio šilumos laidumas yra aukšto slėgio elementų pranašumas?

A: Veikiant esant dideliam srovės tankiui, susidaro didelė vietinė šiluma. Aliuminis praleidžia šilumą daugiau nei trylika kartų greičiau nei titanas (210 W/m·K palyginti su 16 W/m·K), išsklaidydamas lokalizuotas karštąsias vietas į cirkuliuojančias skysčio kilpas, kad būtų išvengta gretimos membranos terminio skilimo.

Išvada

Norint sėkmingai integruoti mikroreljefine dengtą aliuminio foliją į aukšto slėgio elektrolizatoriaus gamybą:

Pasirinkite modelio profilį, kurio dydis atitinka skysčio klampumą: nurodykite reljefinės tekstūros gylį nuo 25 µm iki 75 µm, priklausomai nuo elemento slėgio ir elektrolito greičio, kad subalansuotumėte kapiliarų drėkinimą ir srauto šlyties jėgas.

Įgaliojamas iš anksto padengtos ritės pristatymas: reikalaujama, kad ant reljefinių ritinių būtų visiškai sukietėjusios, gamykloje užteptos dangos, kad būtų išvengta vidaus valymo, purškimo ir kepimo operacijų.

Reikalingas 100 % kibirkšties patikrintas nulinės skylės sertifikatas: įsitikinkite, kad tiekėjo dokumentai patvirtina nuolatinį neardomąjį kibirkšties poringumo bandymą visame reljefiniame tinkle, kad būtų užtikrinta visiška barjero izoliacija nuo cheminio poveikio.