استفاده از تیتانیوم در الکترولیزهای غشای تبادل پروتون (PEM) بسیار مهم است، عمدتاً به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی، استحکام مکانیکی و هدایت الکتریکی. کاربردها و مزایای خاص تیتانیوم در الکترولیزهای PEM به شرح زیر است:
1. کاربردهای تیتانیوم در الکترودها
آند
- انتخاب مواد:تیتانیوم به عنوان یک بستر آند، به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی، به ویژه برای محیط های اکسید کننده قوی مناسب است.
- درمان سطحی:سطح آند معمولاً با اکسیدهای فلزات گرانبها (مانند اکسید روتنیوم، اکسید ایریدیوم) پوشانده می شود تا عملکرد و دوام الکتروکاتالیستی را بهبود بخشد. این پوشش ها به آند قابلیت واکنش الکتروکاتالیستی کارآمد می دهد و در عین حال عمر مفید آن را افزایش می دهد.
- مزایای:
- مقاومت در برابر خوردگی:تیتانیوم در محیط های اسیدی و اکسید کننده مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی نشان می دهد و از خوردگی مواد الکترود توسط الکترولیت ها جلوگیری می کند.
- مقاومت مکانیکی بالا:می تواند چگالی جریان بالا و زمان کار طولانی را تحمل کند.
کاتد
- انتخاب مواد:تیتانیوم همچنین به عنوان زیرلایه کاتد، پوشیده شده با پلاتین و سایر کاتالیزورهای فلزات گرانبها استفاده می شود.
- مزایای:
- مقاومت در برابر خوردگی:اگرچه محیط کاتد کاهشدهندهتر است، اما تیتانیوم میتواند مقاومت خوبی در برابر خوردگی نشان دهد.
- فعالیت کاتالیزوری:کاتالیزورهای پلاتین کاتدهای تیتانیوم را در تولید هیدروژن بسیار کارآمد می کنند.
2. کاربرد تیتانیوم در صفحات دوقطبی
تابع
- برقیرسانایی:صفحات دوقطبی به رسانایی الکتریکی بالایی نیاز دارند و تیتانیوم می تواند با پوشش دادن یک لایه رسانا (مانند کربن یا سایر مواد رسانا) این نیاز را برطرف کند.
- توزیع سیال:صفحه دوقطبی با یک کانال جریان برای توزیع یکنواخت گاز واکنش (آب و هیدروژن و اکسیژن حاصل) طراحی شده است.
- پشتیبانی ساختاری:پشتیبانی مکانیکی و آب بندی لازم را برای اطمینان از پایداری و محکم بودن سلول الکترولیتی فراهم کنید.
مزایای
- مقاومت در برابر خوردگی: تیتانیوم مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی در محیط های اسیدی، قلیایی و کلردار دارد.
- سبک وزن: چگالی کم ساختار کلی الکترولیز را سبک تر می کند.
- استحکام مکانیکی: استحکام بالای تیتانیوم تضمین می کند که صفحه دوقطبی می تواند فشار عملیاتی و استرس مکانیکی را تحمل کند.
- عمر طولانی: دوام قوی، کاهش فرکانس نگهداری و تعویض.
3. کاربرد تیتانیوم در اجزای دیگر
ساختار پشتیبانی و اتصالات
- ساختار پشتیبانی:از تیتانیوم برای ساخت قاب پشتیبانی و سایر اجزای ساختاری الکترولیز استفاده میشود که پایداری و دوام سیستم کلی را تضمین میکند.
- اتصال دهنده ها:پیچ ها و بست های تیتانیوم برای مونتاژ و اتصال اجزای سلول الکترولیتی استفاده می شود که اتصال مکانیکی قابل اعتمادی را ایجاد می کند.
نمونه برنامه
1. هیدروالکترولیز برای تولید هیدروژن:
- در الکترولایزرهای PEM، آندها و کاتدهای تیتانیوم با کاتالیزورهایی مانند پلاتین و ایریدیوم پوشانده میشوند که به طور قابل توجهی کارایی و دوام تولید هیدروژن را با تجزیه آب بهبود میبخشد.
2. صنعت کلر قلیایی:
- الکترودهای تیتانیوم به طور گسترده ای در سلول های الکترولیتی در صنعت کلر-قلیایی برای الکترولیز محلول های نمک برای تولید گاز کلر و هیدروکسید سدیم استفاده می شود که مقاومت در برابر خوردگی عالی و عمر طولانی را نشان می دهد.
3. ذخیره و تبدیل انرژی:
- صفحات دوقطبی تیتانیوم در سیستم های پیل سوختی برای جمع آوری جریان و توزیع گاز واکنش در پیل های سوختی هیدروژنی استفاده می شوند.
خلاصه
استفاده از تیتانیوم در الکترولیزهای PEM به طور قابل توجهی عملکرد و دوام تجهیزات را بهبود می بخشد. مقاومت عالی در برابر خوردگی، استحکام مکانیکی بالا و خواص سبک وزن آن را به یک ماده ایده آل برای الکترودهای سلول الکترولیتی، صفحات دوقطبی و سایر اجزای حیاتی تبدیل می کند. علیرغم هزینه بالای مواد تیتانیوم، نقش کلیدی آن در تولید هیدروژن کارآمد به آن پتانسیل زیادی در کاربردهای صنعتی و انرژی می دهد. با پیشرفت تکنولوژی و گسترش مقیاس تولید، کاربرد تیتانیوم در الکترولیزهای PEM گسترده تر و از نظر اقتصادی امکان پذیر خواهد بود.
