Титановый войлок — пористый, обладающий высокой проводимостью и -коррозионностойкий материал — стал важнейшим компонентом современных электролизеров. Он играет ключевую роль в обеспечении масштабируемого производства экологически чистого водорода. По мере того, как отрасли переходят к решениям в области экологически чистой энергетики, таким как производство водорода, спрос на долговечные и эффективные материалы для электролизеров резко возрос, поэтому очень важно понять роль титанового войлока в электролизере.
Фундаментальные принципы использования титанового войлока в электролизёрах
В электролизерах используется электрохимический процесс разделения воды (H2O) на водород (H₂) и кислород (O₂). Титановый войлок служит газодиффузионным слоем (ГДС) или подложкой электрода благодаря своим уникальным свойствам:
Пористая структура
Сеть взаимосвязанных волокон титанового войлока создает пути с большой площадью поверхности для:
Газовая диффузия: эффективный транспорт H₂ и O₂ от мест реакции.
Проникновение жидкости: Равномерное распределение электролитов (например, КОН в щелочных системах) или воды (в системах PEM).
Такая структура предотвращает засорение электрода пузырьками газа, обеспечивая бесперебойность реакций.
Электрическая проводимость
Быстрый транспорт электронов между слоем катализатора и токосъемником возможен благодаря низкому сопротивлению титана.
Это сводит к минимуму потери энергии и повышает эффективность электролизера.
Электрохимическая стабильность
Титан образует пассивный оксидный слой (TiO₂) в агрессивных средах, защищая его от разрушения в:
Кислотные электролизеры ПЭМ.
Щелочные электролизеры.
Высокотемпературные-твердооксидные электролизеры.
Поддержка катализатора
Шероховатая поверхность титанового войлока обеспечивает места для закрепления катализаторов (например, иридия, платины).
Повышает эффективность использования и долговечность катализатора, предотвращая его отслоение во время выделения газа.
Ключевые функциональные роли титанового войлока
1. Газодиффузионный слой (ГДС)
В электролизерах с «протонообменной мембраной (PEM)» титановый войлок действует как GDL, расположенный между мембраной, покрытой катализатором - (CCM), и биполярной пластиной. В его роли входят:
Транспорт газа: направляет H₂ (катод) и O₂ (анод) от катализатора, чтобы предотвратить блокировку активных центров.
Управление водными ресурсами: позволяет воде достигать слоя катализатора для непрерывного расщепления, одновременно удаляя излишки, чтобы избежать затопления.
2. Электродная подложка
В «щелочных и PEM-системах» титановый войлок служит основой электродов:
Распределение тока: равномерно распределяет электрический ток по слою катализатора, предотвращая образование горячих точек.
Механическая опора: сохраняет структурную целостность в условиях высокого-давления (например, 30–70 бар в системах PEM).
3. Коррозионно--стойкий барьер
В хлор-щелочных электролизерах (производящих хлор и NaOH) титановый войлок выдерживает:
Среда,-богатая хлором на аноде.
Каустическая сода (NaOH) на катоде.
Это исключает деградацию материала, наблюдаемую в традиционных стальных или никелевых сетках.
4. Управление температурой
Высокая теплопроводность титана способствует рассеиванию тепла, образующегося при работе с высокой-токовой-плотностью.
Предотвращает перегрев, который может привести к короблению компонентов или снижению активности катализатора.
