L'elettrolisi dell'acqua alcalina è una tecnologia ben consolidata per la produzione di idrogeno e ossigeno dividendo molecole d'acqua usando una corrente elettrica in un elettrolita alcalino. Come fornitore leader di sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina, abbiamo una conoscenza in profondità della tecnologia, comprese i vari problemi di corrosione che possono verificarsi all'interno di questi sistemi.
Comprensione dell'elettrolisi dell'acqua alcalina
Prima di approfondire i problemi di corrosione, è essenziale comprendere i componenti di base di un sistema di elettrolisi dell'acqua alcalina. Il sistema è in genere costituito da uno stack di elettrolizzatore, in cui si verifica la reazione di elettrolisi effettiva e un sistema di equilibrio tra impianto (BOP). Lo stack di elettrolizzatore contiene elettrodi (anodo e catodo) separati da un diaframma o separatore, immerso in una soluzione di elettrolita alcalino, solitamente idrossido di potassio (KOH). Il sistema BOP include componenti come pompe, scambiatori di calore, separatori di gas e alimentatori.
Meccanismi di corrosione nei sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina
Corrosione chimica
In un ambiente alcalino, l'alto pH dell'elettrolita può causare corrosione chimica di alcuni materiali. Metali come alluminio, zinco e magnesio sono altamente reattivi nelle soluzioni alcaline. Reagiscono con gli ioni idrossido nell'elettrolita per formare idrossidi metallici, che possono dissolversi nella soluzione, portando a perdita di materiale. Ad esempio, l'alluminio reagisce con la soluzione KOH come segue:
[2al + 2KOH + 6H_ {2} o = 2K [al (OH){4}]+3H{2} \ uparrow]
Questa reazione non solo corrode l'alluminio ma genera anche idrogeno a gas, che può comportare rischi per la sicurezza se non correttamente gestiti.
Corrosione elettrochimica
La corrosione elettrochimica è un altro problema significativo nei sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina. Agli elettrodi, durante il processo di elettrolisi si verificano reazioni di ossidazione e riduzione. All'anodo, si verifica l'ossidazione e al catodo si verifica la riduzione. Se i materiali dell'elettrodo non sono selezionati correttamente, possono sottoporsi a corrosione elettrochimica. Ad esempio, se un elettrodo metallico ha un'alta tendenza a perdere elettroni, fungerà da anodo in una cella galvanica formata all'interno del sistema e corrode. Il tasso di corrosione è influenzato da fattori come la differenza potenziale tra gli elettrodi, la conduttività dell'elettrolita e la presenza di impurità.
Stress - Cracking della corrosione
Stress - Cracking corrosione (SCC) può verificarsi quando un materiale è esposto a un ambiente corrosivo mentre è sotto stress da trazione. Nei sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina, i componenti come tubi, vasi di pressione e supporti per elettrodi possono essere sottoposti a sollecitazioni meccaniche a causa di variazioni di pressione, espansione termica e contrazione o sollecitazione indotta dal gruppo. Se combinato con l'ambiente alcalino corrosivo, SCC può portare a un fallimento improvviso e catastrofico dei componenti. Ad esempio, l'acciaio inossidabile, che è comunemente usato in alcune parti del sistema, può essere suscettibile a SCC in soluzioni alcaline ad alta temperatura.
Impatto della corrosione sulle prestazioni del sistema
Efficienza ridotta
La corrosione può ridurre significativamente l'efficienza di un sistema di elettrolisi dell'acqua alcalina. Quando gli elettrodi corrodano, la loro superficie e l'attività catalitica diminuiscono. Ciò porta ad un aumento del sovrapotenziale richiesto per la reazione di elettrolisi, il che significa che è necessaria una maggiore energia per produrre la stessa quantità di idrogeno e ossigeno. Di conseguenza, l'efficienza energetica complessiva del sistema diminuisce, aumentando i costi operativi.
Accorciata durata della vita dei componenti
I componenti corrosi hanno una durata più breve rispetto a quelli non corrosi. Ad esempio, potrebbe essere necessario sostituire un elettrodo corrido più frequentemente, il che non solo si aggiunge ai costi di manutenzione, ma provoca anche tempi di inattività del sistema. Nel caso di tubi e valvole, la corrosione può portare a perdite, che possono interrompere il normale funzionamento del sistema e possono persino comportare rischi per la sicurezza.
Contaminazione dei prodotti
I prodotti di corrosione possono contaminare i gas di idrogeno e ossigeno prodotti durante il processo di elettrolisi. Gli ioni metallici rilasciati da componenti corrosi possono essere trasportati nei flussi di gas. Questi contaminanti possono influire sulla qualità dei gas, rendendoli inadatti per alcune applicazioni, ad esempio nelle celle a combustibile in cui è richiesto idrogeno ad alta purezza.
Strategie per mitigare la corrosione
Selezione del materiale
La scelta dei materiali giusti è cruciale per prevenire la corrosione nei sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina. Per gli elettrodi, materiali come il nichel e le sue leghe sono comunemente usati a causa della loro buona resistenza alla corrosione e dell'attività catalitica nelle soluzioni alcaline. Nel sistema BOP, i gradi in acciaio inossidabile resistenti alla corrosione alcalina, come l'acciaio inossidabile a 316L, possono essere utilizzati per tubi, serbatoi e altri componenti.
Rivestimento e trattamento superficiale
L'applicazione di rivestimenti protettivi alle superfici dei componenti può fornire un ulteriore strato di protezione contro la corrosione. I rivestimenti come rivestimenti in ceramica, rivestimenti polimerici e rivestimenti a base di metallo possono fungere da barriere tra il materiale e l'elettrolita corrosivo. I trattamenti superficiali, come la passione, possono anche migliorare la resistenza alla corrosione dei metalli formando uno strato di ossido sottile e protettivo sulla superficie.
Monitoraggio e manutenzione
Il monitoraggio regolare del sistema per i segni di corrosione è essenziale. Ciò può includere l'ispezione visiva, la misurazione dei tassi di corrosione utilizzando tecniche come la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) e l'analisi dell'elettrolita per la presenza di ioni metallici. Sulla base dei risultati del monitoraggio, è possibile adottare misure di manutenzione adeguate, come la sostituzione di componenti corrosi, la regolazione delle condizioni operative o l'aggiunta di inibitori della corrosione all'elettrolita.
Soluzioni della nostra azienda
Come fornitore di elettrolisi di acqua alcalina professionale, offriamo sistemi di elettrolisi di alta qualità progettati per ridurre al minimo i problemi di corrosione. NostroElettrolizzatori di design quadrato di acqua alcalinasono costruiti utilizzando materiali avanzati e processi di produzione per garantire un'eccellente resistenza alla corrosione. Gli elettrodi sono realizzati in leghe di nichel di alta qualità, che forniscono sia una buona attività catalitica che una stabilità a lungo termine in ambienti alcalini.
Inoltre, il nostroAlectrolisi alcalinoLa tecnologia incorpora caratteristiche di progettazione innovative che riducono il rischio di corrosione. Ad esempio, i percorsi di flusso dell'elettrolita sono ottimizzati per ridurre al minimo la formazione di aree stagnanti in cui è più probabile che si verifichi la corrosione.
NostroAttrezzatura del sistema BOPè anche accuratamente selezionato e progettato per resistere all'ambiente alcalino duro. Utilizziamo materiali resistenti alla corrosione per tutti i componenti e i nostri sistemi sono dotati di sistemi di monitoraggio e controllo avanzati per rilevare e prevenire la corrosione in modo tempestivo.
Conclusione
La corrosione è una sfida significativa nei sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina, ma con una corretta comprensione e strategie di mitigazione efficaci, può essere gestita. Come fornitore, ci impegniamo a fornire ai nostri clienti soluzioni affidabili ed efficienti di elettrolisi dell'acqua alcalina che minimizzano l'impatto della corrosione. Se sei interessato ai nostri prodotti e desideri discutere i tuoi requisiti specifici per i sistemi di elettrolisi dell'acqua alcalina, ti invitiamo a contattarci per appalti e ulteriori discussioni tecniche.
Riferimenti
- Bard, AJ e Faulkner, LR (2001). Metodi elettrochimici: fondamenti e applicazioni. Wiley.
- Uhlig, HH, & Revie, RW (1985). Controllo della corrosione e corrosione: un'introduzione alla scienza e all'ingegneria della corrosione. Wiley.
- O'Hayre, R., Cha, SW, Colella, W. e Prince, FB (2006). Funzionamento CEL FUNDALS. Wiley.
