Bei der alkalischen Wasserelektrolyse und in Chlor-Alkali-Prozessen bestimmt das Materialdesign der Elektrodensubstrate und Fluiddiffusionsschichten direkt die Elektrolyseffizienz und die langfristige Betriebsstabilität. Herkömmliche Nickelgewebe oder Nickelschäume bieten zwar eine gewisse Porosität, haben jedoch bei einer Dicke von nur 0,25 mm oft Schwierigkeiten, mechanische Festigkeit, Gleichmäßigkeit der Porengröße und niedrigen Kontaktwiderstand in Einklang zu bringen. Um diese technologische Lücke zu schließen, hat TOPTITECH eine poröse Nickel-Sinterplatte mit einer Dicke von 0,25 mm und den Abmessungen 100 × 100 mm entwickelt, die eine präzise kontrollierte Porosität von etwa 40 % aufweist.

Durch einen Hochtemperatur-Sinterprozess verbinden sich die Nickelpulverpartikel metallurgisch und bilden ein dreidimensionales, miteinander verbundenes Porennetzwerk mit kontrollierbarer Tortuosität. Diese Struktur erreicht auf ultradünnem Niveau eine Balance zwischen hoher Porosität und Verformungsbeständigkeit und bietet eine neuartige Lösung für den Gas-Flüssig-Zwei-Phasen-Fluss und die Elektronenleitung während der Elektrolyse.

Im Vergleich zu herkömmlichen porösen Nickelmaterialien liegt das entscheidende Merkmal dieser Sinterplatte in ihrer Eigenschaft „dünn und dennoch starr". Die Porosität von 40 % ist nicht der maximal erreichbare Wert, sondern ein Parameter, der für einen schnellen Blasenabtransport und die Erneuerung des Elektrolyten bei der Wasserstoff- bzw. Sauerstoffentwicklungsreaktion optimiert wurde. Die Dicke von 0,25 mm verkürzt den Ionentransportweg erheblich und reduziert die ohmschen Polarisationsverluste.

Especificaciones

Material: Reinnickel

Größe: 100 × 100 × 0,25 mm

Porosität: ca. 40 %

Porengröße: 10 µm

Verfahren: Sintern

Produkteigenschaften

Selbsttragende, starre Submillimeter-Struktur – Bewahrt eine ausgezeichnete Planheit und Druckfestigkeit bei einer Dicke von 0,25 mm, ohne dass ein zusätzliches Stützgewebe oder eine Unterlage erforderlich ist. Die gesinterten Halsverbindungen sorgen für Teilchenkräfte, die weit über denen mechanisch gepresster Grünlinge liegen, wodurch sich die Platte für Elektrolyseure mit hohen Montagevorspannungen eignet.

Porenkanäle mit geringer Tortuosität – Bei einer Porosität von 40 % ist die mittlere Porengrößenverteilung konzentriert, die Porentortuosität ist geringer als bei Nickelschaummaterialien. Dies erleichtert das schnelle Ablösen von H₂- oder O₂-Blasen von der Elektrodenoberfläche und verringert die durch Blasenbedeckung verursachte Aktivierungsüberspannung.

Langzeitkorrosionsbeständigkeit in alkalischen Elektrolyten – Die reine Nickelmatrix bildet in heißen, konzentrierten alkalischen Umgebungen (25–35 Gew.-% KOH, 80–90 °C) einen stabilen Passivfilm. In der Sinterstruktur verbleiben keine restlichen Porenbildner oder Bindemittelverunreinigungen, wodurch die Einbringung toxischer Elemente wie Eisen oder Chlor vermieden wird.

Gestaltbarer Doppelgradienten-Interface – Während des Sinterns können auf der oberen (Elektrolytseite) und unteren (Strömungsfeldseite) unterschiedliche Nickelpulver-Korngrößenverteilungen aufgebracht werden, wodurch ein Porengrößen-Gradient entsteht. Beispielsweise unterdrücken feine Poren auf der Elektrolyseeseite das Eindringen von Katalysator, während grobe Poren auf der Strömungsfeldseite den Elektrolyttransport verbessern.

Anwendungsbereiche

Anoden-Stromkollektor für die alkalische Wasserelektrolyse (AWE) – Ersetzt Nickelschaum als Trägerschicht für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER). Die 0,25 mm dünne Plattenstruktur reduziert den ohmschen Spannungsabfall auf der Anodenseite, während die 40 % Porosität widerstandsarme Austrittskanäle für Sauerstoffblasen bietet und eine kontinuierliche Verdickung des Passivfilms der Nickelmatrix unter hohem Potential unterdrückt.

Kathoden-Diffusionsschicht in Nullspalt-Elektrolyseuren – In Filterpressen-Elektrolyseuren dient diese Sinterplatte als elastische Puffer-Diffusionsschicht zwischen Kathode und Diaphragma. Ihre starre, ebene Oberfläche minimiert das Risiko einer Diaphragmapunktion, während die poröse Struktur ein schnelles Ausspülen von Wasserstoffblasen in die Strömungskanäle gewährleistet.

Träger für Membranelektrodenanordnungen (MEA) in elektrochemischen Wasserstoffverdichtern – Wirkt als poröse Transportschicht auf der Anodenseite von elektrochemischen Wasserstoffpumpen. Die Dicke von 0,25 mm reduziert den Wasserstoffdiffusionswiderstand, während die 40 % Porosität eine geeignete Gas-Flüssigkeits-Managementfähigkeit zur Vermeidung von Flutung aufrechterhält.

Testelektrode für die Sekundärsolelektrolyse in der Chlor-Alkali-Industrie – In Laborzellen kann diese Sinterplatte als Arbeitselektrodensubstrat für die Chlorentwicklungsreaktion (CER) dienen. Ihre Abmessungen sind mit Standard-Flachplattenelektrodenhaltern kompatibel.

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