Nei processi di elettrolisi alcalina dell'acqua e cloro-alcalini, la progettazione dei materiali per i substrati degli elettrodi e gli strati di diffusione del fluido determina direttamente l'efficienza elettrolitica e la stabilità operativa a lungo termine. Le tradizionali reti o schiume di nichel, sebbene offrano una certa porosità, spesso faticano a bilanciare resistenza meccanica, uniformità della dimensione dei pori e bassa resistenza di contatto con uno spessore di soli 0,25 mm. Per colmare questa lacuna tecnica, TOPTITECH ha sviluppato una piastra sinterizzata porosa in nichel con uno spessore di 0,25 mm e dimensioni planari di 100×100 mm, con una porosità controllata con precisione di circa il 40%.

Attraverso un processo di sinterizzazione ad alta temperatura, le particelle di polvere di nichel raggiungono un legame metallurgico, formando una rete porosa tridimensionale interconnessa con tortuosità gestibile. Questa struttura raggiunge un equilibrio tra elevata porosità e resistenza alla deformazione su scala ultrasottile, fornendo una nuova soluzione per il flusso bifase gas-liquido e la conduzione elettronica durante l'elettrolisi.

Rispetto ai tradizionali materiali porosi in nichel, la differenza fondamentale di questa piastra sinterizzata risiede nell'essere "sottile ma rigida". La porosità del 40% non è il valore massimo raggiungibile, ma un parametro ottimizzato per un rapido distacco delle bolle e il rinnovo dell'elettrolita durante le reazioni di sviluppo di idrogeno/ossigeno. Lo spessore di 0,25 mm accorcia significativamente la distanza di trasporto ionico e riduce la perdita di polarizzazione ohmica.

Parametri

Materiale: nichel puro

Dimensioni: 100 x 100 x 0,25 mm

Porosità: circa il 40%

Dimensione dei pori: 10 micron

Tecnologia: sinterizzazione

Caratteristiche principali

025mm thickness Nickel porous plate for electrolysis 4

Struttura autoportante rigida submillimetrica
Mantiene un'eccellente planarità e resistenza alla compressione con uno spessore di 0,25 mm senza richiedere una rete di supporto aggiuntiva. La legatura tramite colli sinterizzati fornisce forze interparticellari di gran lunga superiori rispetto ai compatti pressati meccanicamente, adatta per elettrolizzatori che richiedono un elevato precarico di assemblaggio.

Canali porosi a bassa tortuosità
Con una porosità del 40%, la distribuzione media della dimensione dei pori è concentrata, con una minore tortuosità dei pori rispetto ai materiali in schiuma di nichel. Ciò facilita il rapido distacco delle bolle di H₂ o O₂ dalla superficie dell'elettrodo, riducendo il sovrapotenziale di attivazione causato dalla copertura delle bolle.

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Resistenza alla corrosione a lungo termine in elettroliti alcalini
La matrice di nichel puro forma un film passivo stabile in ambienti alcalini caldi e concentrati (25–35% in peso di KOH, 80–90°C). Nella struttura sinterizzata non rimangono residui di agenti porogeni o impurità di leganti, evitando l'introduzione di elementi tossici come ferro o cloro.

Interfaccia dual-gradiente progettabile
Diverse distribuzioni granulometriche della polvere di nichel possono essere applicate alle superfici superiore (lato elettrolita) e inferiore (lato campo di flusso) durante la sinterizzazione, creando un gradiente nella dimensione dei pori. Ad esempio, pori fini sul lato dell'elettrolisi sopprimono la penetrazione del catalizzatore, mentre pori grossolani sul lato del campo di flusso migliorano il trasporto dell'elettrolita.

Applicazioni principali

Collettore di corrente anodico per l'elettrolisi alcalina dell'acqua (AWE)
Sostituisce la schiuma di nichel come strato di supporto per la reazione di sviluppo dell'ossigeno (OER). La struttura a piastra sottile da 0,25 mm riduce la caduta di tensione ohmica sul lato anodico, mentre la porosità del 40% fornisce canali di uscita a bassa resistenza per le bolle di ossigeno e sopprime l'ispessimento continuo del film passivo della matrice di nichel sotto alto potenziale.

Strato di diffusione catodico in elettrolizzatori a gap zero
Negli elettrolizzatori filter-press, questa piastra sinterizzata funge da strato di diffusione tampone resiliente tra il catodo e il diaframma. La sua superficie rigida e piana riduce al minimo il rischio di perforazione del diaframma, mentre la struttura porosa garantisce un rapido lavaggio delle bolle di idrogeno nei canali di flusso.

Supporto per l'assemblaggio membrana-elettrodo (MEA) nei compressori elettrochimici di idrogeno
Funge da strato di trasporto poroso sul lato anodico delle pompe elettrochimiche di idrogeno. Lo spessore di 0,25 mm riduce la resistenza alla diffusione dell'idrogeno, mentre la porosità del 40% mantiene un'adeguata capacità di gestione gas-liquido per prevenire l'allagamento.

Elettrodo di prova per l'elettrolisi secondaria della salamoia nell'industria cloro-alcalina
In celle elettrolitiche su scala di laboratorio, questa piastra sinterizzata può fungere da substrato dell'elettrodo di lavoro per la reazione di sviluppo del cloro (CER). Le sue dimensioni sono compatibili con i supporti standard per elettrodi a piastra piana.