H4 hidrojende neden saf nikel plaka yaygın olarak kullanılıyor?

Hidrojen üretimi için alkali su elektrolizi, elektrolit olarak yaklaşık %30 KOH çözeltisi kullanır. Çalışma sıcaklığı genellikle 70 ila 90 derece arasındadır ve bazı gelişmiş tanklar 120 derecenin üzerine bile çıkabilir. Bu yüksek sıcaklıkta, yüksek konsantrasyonda ve güçlü alkali ortamda çoğu metal şiddetli korozyona maruz kalacaktır: karbon çeliğinde birkaç saat içinde tekdüze korozyon ve çukurlaşma korozyonu meydana gelecektir. Paslanmaz çeliğin belirli bir korozyon direnci olmasına rağmen, alkali çözeltideki-uzun vadeli stabilitesi nikelinkinden çok daha azdır. Saf nikelin alkali korozyon direnci, yüzeyinde yoğun ve stabil bir NiO/Ni(OH)₂ pasifleştirme filminin kendiliğinden oluşmasından kaynaklanır. Bu film alkali ortamda neredeyse çözünmez ve kendi kendini-iyileştirme yeteneklerine sahiptir - mekanik olarak çizilse bile alkali çözeltide hızlı bir şekilde yeniden oluşturulabilir. Deneysel veriler, kaynayan %50 kostik soda çözeltisindeki saf nikelin korozyon oranının yalnızca 0,01~0,02 mm/yıl olduğunu göstermektedir; bu, 2 mm kalınlığındaki bir nikel plakanın, normal çalışma koşulları altında onlarca yıl boyunca hatasız olarak kullanılabileceği anlamına gelir. Saf nikeli, alkalin elektrolitik hücrelerdeki plakalar, elektrot alt tabakaları ve konektörler gibi önemli parçalar için uzun vadeli güvenilir tek seçenek haline getiren de bu "kimyasal bariyer" özelliğidir.

Elektrolitik hidrojen üretiminin özü, elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmektir ve güç tüketimi, işletme maliyetlerinin temelini oluşturur. Saf nikelin direnci yalnızca 6,99×10⁻⁸ Ω·m'dir (20 derece), bu bakırdan biraz daha düşüktür ancak demirden (yaklaşık 1,0×10⁻⁷ Ω·m) ve paslanmaz çelikten (yaklaşık 7,0×10⁻⁷ Ω·m) çok daha iyidir. Bir elektrot plakası olarak saf nikel, ohmik polarizasyonu etkili bir şekilde azaltabilir ve etkisiz ısıtmayı azaltabilir, böylece akım verimliliğini ve birim güç tüketimi başına hidrojen üretimini artırabilir. Aynı zamanda, saf nikelin termal iletkenliği (yaklaşık 90 W/(m·K)) paslanmaz çeliğinkinin yaklaşık üç katıdır; bu, elektrolitik hücre içindeki ısının tekdüze iletimi ve dağılımı için faydalıdır, lokal aşırı ısınmanın membran malzemesinin bozulmasına veya alkali çözeltinin hızlı buharlaşmasına neden olmasını önler. Büyük-ölçekli H4 projelerinde tek bir elektrolizörün gücü birkaç megawatt'a ulaşabilir. Dirençte yalnızca küçük bir fark olsa bile, enerji tüketimindeki kümülatif fark dikkate değerdir -, nikel-kaplı karbon çeliği elektrotlarla karşılaştırıldığında saf nikel elektrotların kullanılması, tüm yaşam döngüsü boyunca elektrik giderlerinde %5 ila %8 oranında tasarruf sağlayabilir. Proje yatırımcılarının çok önem verdiği bir ekonomik hesap bu.

H4 projeleri genellikle tek bir hücrenin hidrojen üretim kapasitesinin 1000 Nm³/saat'e veya daha yükseğe ulaşmasını gerektirir; bu da plaka çapının 1,8 metreyi aşmasını ve elektrot yapısının karmaşık olmasını gerektirir - elektrolit dağılımını ve gaz oluşumunu optimize etmek için yoğun saptırma delikleri, çıkıntılar ve akış kanallarının delinmesi gerekir. Saf nikel, yüzey-merkezli kübik kafes yapısına, mükemmel plastisiteye ve %30 ila %40 arasında bir uzama oranına sahiptir. Derin çekme, germe, bükme gibi soğuk deformasyon işlemlerine çatlamadan dayanabilir. Saf nikel külçelerden eritme, sıcak haddeleme ve soğuk haddelemeye, 0,2 mm ultra-ince geniş şeritlere (1250 mm'ye kadar genişlik) kadar, bunlar daha sonra damgalanır ve dış çapı yaklaşık 2 metre olan entegre bir nikel plaka hazırlamak için özel bir kalıptan tek geçişte şekillendirilir.

İlk küçük{0}}formatlı nikel plaka birleştirme yöntemiyle karşılaştırıldığında, bu genel damgalama işlemi kaynak sayısını %30'dan fazla azaltır; bu, yalnızca yapısal gücü artırmakla kalmaz, aynı zamanda bileşenlerin ayrılmasından ve kaynaklarda kalan gerilimden kaynaklanan tercihli korozyon riskini de ortadan kaldırarak ekipmanın güvenilirliğini ve tutarlılığını büyük ölçüde artırır. Ek olarak, saf nikel, "alt tabaka + katalitik katman" entegre elektrot oluşturmak için nikel ağ ve nikel köpük gibi kompozit elektrot malzemeleriyle kolayca kaynaklanabilir veya sinterlenebilir, böylece gaz-sıvı iki-faz akışını daha da optimize eder.