Análisis de materiales de diafragma para electrolizeros de hidrógeno alcalino

Como portador de energía limpio y sostenible,energía de hidrógenoes de gran importancia en el tratamiento de las crisis energéticas y la contaminación ambiental. Tecnología de producción de hidrógeno de electrólisis de agua, especialmenteelectrólisis de agua alcalina (AWE)La producción de hidrógeno se ha convertido en uno de los medios importantes de producción de hidrógeno debido a su bajo costo de equipo y tecnología madura.

En alcalinoelectrolizeros de agua, los materiales de diafragma juegan un papel clave. No solo separan el cátodo y el ánodo, evitan la mezcla de hidrógeno y oxígeno, sino que también tienen un impacto significativo en la eficiencia, la durabilidad y el costo del proceso de electrólisis. El alcalinoElectrolizadoEl diafragma representa aproximadamente el 55% del costo del electrolizador. Por lo tanto, investigar y desarrollar materiales de diafragma adecuados para electrolizadores de hidrógeno alcalino es la clave para mejorar el rendimiento de la tecnología de producción de hidrógeno.

Principio de producción de hidrógeno de electrólisis de agua alcalina y función de diafragma

El principio de la producción de hidrógeno de la electrólisis de agua alcalina es utilizar soluciones alcalinas fuertes como el hidróxido de potasio (KOH) como electrolitos en electrolizeros y descomponer las moléculas de agua para producir hidrógeno y oxígeno a través de voltaje externo. La fórmula de reacción específica es:

En el cátodo: 2H2O+2E- → H2+2OH-

En el ánodo: 4OH- → O2+2E-+2H2O

En este proceso, el hidrógeno y el oxígeno se generan en el ánodo y el cátodo respectivamente y deben separarse de manera efectiva para evitar el riesgo de explosión. En este momento, el material del diafragma juega un papel muy importante. Por lo general, se requiere el material de diafragma para tener las siguientes características:

1. Buena conductividad eléctrica: el diafragma debe tener una buena conductividad iónica y permitir que las Oh-iones pasen para garantizar la reacción de electrólisis eficiente.

2. Alta estabilidad química: el material de diafragma necesita resistir la corrosión química en ambientes de alta alcalina y procesos de electrólisis para extender su vida útil.

3. Buena resistencia mecánica: el diafragma necesita resistir la presión en el electrolizador y el impacto del fluido para mantener una forma estable.

4. Pérdida de baja resistencia: cuanto menor sea la resistencia del diafragma, mayor es la eficiencia de la electrólisis, reduciendo así el consumo de energía.

Según las diferentes características de los materiales, los materiales de diafragma de producción de hidrógeno alcalino común se pueden dividir en las siguientes categorías:

1. Diafragma del asbesto

Ventajas: resistencia a la corrosión química, alta resistencia a la temperatura, alta resistencia a la tracción, fuerte hidrofilia

Desventajas: tiene propiedades de hinchamiento, lo que aumenta el consumo de energía de la electrólisis; Limita la temperatura de electrólisis, de modo que la eficiencia de corriente no se puede mejorar; Es tóxico para el cuerpo humano y puede causar enfermedad pulmonar de arena. Muchos países han restringido el uso de materiales de asbesto.

2. Diafragma de asbesto modificado con resina de politetrafluoroetileno

Ventajas: la estructura del diafragma de la fibra de asbesto recubierta de politetrafluoroetileno mejora la resistencia a la corrosión y la resistencia mecánica del diafragma, y ​​también reduce la hinchazón de los asbestos, superando efectivamente las deficiencias de la hinchazón de la diafragma de asbesto y la susceptibilidad a la corrosión alkali.

Desventajas: debido a la mala hidrofilia de la resina de politetrafluoroetileno, la hidrofilia del diafragma del asbesto con politetrafluoroetileno se reduce considerablemente, lo que reduce la eficiencia actual y aumenta el consumo de energía. Cuanto mayor sea la cantidad agregada, más disminuye la hidrofilia del diafragma.

3. Diafragma de polifenileno sulfuro (PPS)

Ventajas: excelente resistencia al calor; Rigidez extremadamente fuerte, alta dureza superficial, excelente resistencia a la fluencia y resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste sobresaliente; fuerte resistencia a la corrosión; todavía muestra una buena estabilidad dimensional en condiciones de alta temperatura; Todavía tiene excelentes propiedades eléctricas a alta temperatura, alta humedad y alta frecuencia.

Desventajas: alta resistencia, mala hidrofilia, lo que resulta en un mayor consumo de energía

4. Diafragma de polisulfona (PSF)

Ventajas: tiene una excelente resistencia a la oxidación, estabilidad térmica y estabilidad de fusión de alta temperatura, así como excelentes propiedades mecánicas, alta resistencia a la temperatura, resistencia ácida y álcali, resistencia a la corrosión bacteriana, barato y fácil de obtener materias primas y una amplia gama de aplicaciones de pH.

Desventajas: mala hidrofilia, bajo flujo de agua del diafragma, rendimiento insatisfactorio contra la contaminación, afectando su rango de aplicaciones y su vida útil.

5. Polietheretheretona (mirada)

Ventajas: alta resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión química

Desventajas: el rendimiento y el grosor del diafragma se ven afectados por los métodos de tejido

El material del diafragma de electrolizador alcalino más temprano fue el diafragma del asbesto, pero se ha eliminado porque puede causar daño al cuerpo humano. La corriente principal actual es el diafragma PPS de polifenileno sulfuro, y el diafragma de alto rendimiento utiliza una membrana compuesta recubierta con una capa inorgánica de PP.

La superficie del diafragma compuesto es nanoporoso, y el interior es una estructura de poros de micras. Tiene una fuerte capacidad para bloquear el hidrógeno para que pase. Al mismo tiempo, puede pasar a través de iones electrolíticos y tiene hidrofilia permanente. Tiene el mismo rendimiento que los diafragmas importados y tiene un buen rendimiento electrolítico y vida útil. En la actualidad, el ancho máximo del diafragma compuesto puede alcanzar 2 metros, lo que puede cumplir con los requisitos de tamaño de grandes electrolizadores.

Los diafragmas mencionados en este artículo son adecuados para electrolizadores alcalinos, pero debido a que cada diafragma tiene sus propias ventajas y desventajas, y la diferencia de costo es grande, en el proceso de producción real, el diafragma debe seleccionarse de acuerdo con los diferentes escenarios de aplicación y requisitos de demanda del mercado del electrolizador alcalino.