Kodėl anijonų mainų membranos (AEM) vandenilio kaminams reikalingos chemiškai inertiškai padengtos aliuminio galinės plokštės?

Pasaulinės lenktynės dėl švarios energijos nepriklausomybės padarė anijonų mainų membranos (AEM) vandens elektrolizę žaliojo vandenilio gamybos priešakyje. Sujungus žemėje gausu, PGM neturinčių katalizatorių sąnaudas su dinamišku membraninių sistemų lankstumu, AEM technologija yra pasirengusi pritaikyti nepriklausomus žaliojo vandenilio projektus sunkiosios pramonės, tinklo balansavimo ir anglies dioksido neišskiriančio transporto srityse.

Tačiau rietuvės integratoriai susiduria su kritine mechanine ir chemine dilema rietuvės galuose: konstrukcinės tvirtinimo galinės plokštės. Kelių kilovatų arba megavatų AEM bloko galinės plokštės turi išlaikyti didelį sujungimo strypo sukimo momentą, kad šimtai elementų būtų vienodai suspausti ir būtų išvengta aukšto slėgio vandenilio ir deguonies nutekėjimo. Tuo pačiu metu vidiniuose kolektoriuose cirkuliuoja šilti atskiesti šarminiai elektrolitai (paprastai 1% kalio hidroksidas, KOH arba natrio bikarbonatas, NaHCO₃, esant 60 °C–80 °C temperatūrai).

Plikas aliuminis yra natūraliai amfoterinis; sąlytis su šarminiu šarmu sukelia greitą cheminį tirpimą, išskiria vandenilio dujas ir sunaikina ląstelių geometriją. Ir atvirkščiai, tvirtos nerūdijančio plieno arba nikelio lydinio galinės plokštės padidina savo svorį, padidina CNC frezavimo ciklo laiką ir per daug apkrauna konteinerių rėmus. Chemiškai inertiškai padengtos aliuminio galinės plokštės – derinant didelio našumo struktūrinę aliuminio plokštę (6000 / 5000 serija) su tankiomis, šarmams atspariomis fluoropolimerinėmis arba epoksidinės keramikos hibridinėmis barjerinėmis dangomis – yra optimalus inžinerinis sprendimas. Jie izoliuoja aliuminio šerdį nuo šarminio poveikio, sustabdo pasklidusias elektros sroves, pašalina suspaudimo deformaciją ir sumažina rietuvės konstrukcinį svorį daugiau nei 60%, palyginti su nerūdijančio plieno..

Konstrukcinių plokščių pasirinkimas didelio sukimo momento tvirtinimui

AEM elektrolizatoriaus kaminams reikalingas nuolatinis, vienodas mechaninis slėgis, kad būtų palaikomas elektrinis kontaktas ir būtų išvengta degiųjų dujų kryžminimo:

Didelio našumo konstrukciniai lydiniai: sertifikuota 6061-T6 ir 5083 plokščių medžiaga užtikrina aukštą takumo ribą (240 MPa iki 275 MPa), kuri užtikrina konstrukcinį tvirtumą, reikalingą siekiant išvengti centro nusilenkimo, kai perimetro sujungimo strypo varžtai priveržiami iki visiškos išankstinės apkrovos.

Nerūdijančio plieno svorio baudos įveikimas: esant maždaug trečdaliui plieno tankio (2,70 g/cm³ palyginti su 8,00 g/cm³), storos aliuminio plokštės sumažina konstrukcijos galinės plokštės masę daugiau nei 60%. Dėl šio svorio taupymo galima montuoti kelių stulpelių konfigūracijas standartiniuose konteineriuose talpyklose, nesukeliant brangaus grindų sutvirtinimo ar didelių krano nuomos išlaidų.

Matmenų lygiagretumas per karščio ciklus: didelio grynumo konstrukcinis aliuminis išlaiko plokščių plokštumą kintant darbinei temperatūrai nuo šalto paleidimo (15°C) iki didžiausio nepertraukiamo veikimo (80°C), užkertant kelią perimetro tarpiklio atsipalaidavimui ir sandarinimo tarpams.

Gamykloje taikoma cheminė barjerinė apdaila

Plikas aliuminis iš karto reaguoja su šarminėmis cheminėmis medžiagomis. Gamykloje sukietinta barjerų sistema visiškai neutralizuoja šį cheminį pažeidžiamumą:

Tanki šarmams atspari polimero-keramikos formulė: sukurta specialiai tam, kad būtų atspari nuolatiniam sąlyčiui su šiltais šarminių elektrolitų tirpalais (pH nuo 9,0 iki 14,0) be patinimo, minkštėjimo ar pūslių susidarymo per dešimtis tūkstančių darbo valandų.

Integruota elektros izoliacija: Nelaidus barjeras užtikrina aukštą paviršiaus dielektrinio skilimo stiprumą, pašalina pasklidusias nuotėkio sroves per sujungimo strypus ir užtikrina gamyklos personalo saugumą nereikalaujant atskirų izoliacinių lakštų.

Techninis ir komercinis etalonas

Pasaulinė energijos vizija ir B2B komercinis atsipirkimas

DUK

1 klausimas: kodėl AEM elektrolizatoriaus galinėms plokštėms negalima naudoti pliko aliuminio?

A: AEM elektrolizatoriai cirkuliuoja praskiestą šarminį elektrolitą (paprastai 1% KOH arba NaHCO3). Plikas aliuminis yra amfoterinis metalas, kuris greitai ištirpsta šarminėje aplinkoje, reaguodamas į tirpų aliuminatą ir vandenilio dujas. Norint izoliuoti metalą nuo elektrolito, reikalinga chemiškai inertinė danga.

2 klausimas: dėl ko 6061-T6 aliuminis yra pakankamai standus, kad būtų galima pakeisti sunkias nerūdijančio plieno galines plokštes?

A: 6061-T6 užtikrina didesnį nei 240 MPa takumo ribą. Nors plienas turi didesnį elastingumo modulį, šiek tiek padidinus aliuminio plokštės storį, gaunamas vienodas lenkimo standumas, tuo pačiu sumažinant bendrą plokštės svorį daugiau nei per pusę, o tai apsaugo nuo centro nusilenkimo veikiant trauklės suspaudimo apkrovoms.

3 klausimas: ar apsauginė danga įtrūks arba nenulups esant dideliam trauklės varžto sukimo momentui?

A: Ne. Dangos formulėje naudojami didelio sukibimo gruntai ir lanksčios polimerinės-keraminės dervos, skirtos suspaudimui. Kai varžtai yra priveržti, danga atlaiko gniuždymo apkrovas, viršijančias 100 MPa aplink varžtų poveržles ir tarpiklių paviršius, neskilusi, nesutrūkinėjanti ar nesusisluoksniuojanti.

4 klausimas: kaip perėjimas nuo nerūdijančio plieno prie dengto aliuminio sumažina gamybos sąnaudas?

A: Aliuminis sumažina CNC frezavimo laiką maždaug dviem trečdaliais, taip smarkiai sumažindamas įrankių susidėvėjimą ir apdirbimo darbą. Be to, lengvesnės plokštės sumažina siuntimo išlaidas, palengvina surinkimo ergonomiką ir nereikalauja didelės talpos parduotuvių kranų.

5 klausimas: kaip danga apsaugo nuo elektros įžeminimo gedimų kelių elementų kaminuose?

A: Polimerinės keramikos danga yra nelaidžia ir pasižymi dideliu atsparumu dielektriniam skilimui (> 15 kV/mm). Tai izoliuoja aktyvius kamino elektrinius potencialus nuo išorinių konstrukcinių rėmų, užkertant kelią įžeminimo srovėms ir apsaugodamas dirbantį personalą.

Išvada

Norėdami pasirinkti ir nurodyti chemiškai inertiškai padengtas aliuminio galines plokštes AEM elektrolizatoriaus kaminams:

Dydžio storio ir tarpatramio santykis, kad būtų išvengta nusilenkimo: nurodykite minimalų plokščių storį nuo 35 mm iki 60 mm (atsižvelgiant į aktyviojo elemento plotą), naudodami sertifikuotą 6061-T6 arba 5083 lydinį, kad užtikrintumėte, jog rietuvės centro deformacija išliks mažesnė nei 0,05 mm esant pilnai iš anksto apkrautam sujungimo strypu.

Įpareigoti visas dielektrinės ir šarmams atsparios dangos specifikacijas: reikalaujama, kad skersiniais ryšiais susietos epoksidinės keramikos arba fluoropolimero kompozicijos būtų sertifikuotos nuolat panardinimui į 60°C–80°C temperatūros skiestą KOH, kurio dielektrinio skilimo stipris viršija 10 kV/mm.

Atlikite 100 % sandarinimo sąsajų kibirkšties bandymą: reikalauti gamyklos kokybės sertifikatų, patvirtinančių aukštos įtampos šventinius bandymus visose vidinių skysčio prievadų ir O žiedo grioveliuose, kad būtų užtikrinta, kad prieš surenkant krūvą nebūtų skylių.