アルカリ水電解は、アルカリ電解質の電流を使用して水分子を分割することにより、水素と酸素を生成するための十分な確立された技術です。アルカリ水電気分解システムの大手サプライヤーとして、これらのシステム内で発生する可能性のあるさまざまな腐食の問題を含む、技術の深さの知識があります。
アルカリ水電気分解の理解
腐食の問題を掘り下げる前に、アルカリ水電気分解システムの基本的な成分を理解することが不可欠です。システムは通常、実際の電気分解反応が起こる電解装置スタックと、植物（BOP）システムのバランスを備えたもので構成されています。電解スタックには、ダイアフラムまたは分離器で分離された電極（アノードとカソード）が含まれており、アルカリ電解質、通常は水酸化カリウム（KOH）溶液に浸されています。 BOPシステムには、ポンプ、熱交換器、ガス - 液体分離器、電源などのコンポーネントが含まれています。
アルカリ水電解システムの腐食メカニズム
化学腐食
アルカリ環境では、電解質の高いpHは特定の材料の化学腐食を引き起こす可能性があります。アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの金属は、アルカリ溶液で非常に反応します。それらは、電解質の水酸化物イオンと反応して金属水酸化物を形成し、溶液に溶解する可能性があり、材料の損失につながります。たとえば、アルミニウムは次のようにKOH溶液と反応します。
[2al + 2koh + 6h_ {2} o = 2k [al（oh）{4}]+3h{2} \ uparrow]
この反応は、アルミニウムを腐食させるだけでなく、水素ガスを生成します。これは、適切に管理されていないと安全リスクをもたらす可能性があります。
電気化学腐食
電気化学腐食は、アルカリ水電解システムにおけるもう1つの重要な問題です。電極では、電解プロセス中に酸化と還元反応が発生します。アノードでは、酸化が行われ、カソードでは還元が発生します。電極材料が適切に選択されていない場合、電気化学腐食を受けることができます。たとえば、金属電極が電子を失う傾向が高い場合、システム内で形成されて腐食するガルバニック細胞のアノードとして機能します。腐食速度は、電極間の電位差、電解質の導電率、不純物の存在などの因子の影響を受けます。
ストレス - 腐食亀裂
ストレス - 腐食亀裂（SCC）は、材料が引張ストレス下で腐食性環境にさらされると発生する可能性があります。アルカリ水電気分解システムでは、パイプ、圧力容器、電極の支持などの成分は、圧力の変化、熱膨張と収縮、またはアセンブリ誘発ストレスにより、機械的応力を受ける可能性があります。腐食性アルカリ環境と組み合わせると、SCCは成分の突然の壊滅的な故障につながる可能性があります。たとえば、システムの一部の部分で一般的に使用されるステンレス鋼は、高温アルカリ溶液でSCCの影響を受けやすい場合があります。
システムパフォーマンスに対する腐食の影響
効率の低下
腐食は、アルカリ水電解システムの効率を大幅に低下させる可能性があります。電極が腐食すると、表面積と触媒活性が低下します。これは、電気分解反応に必要な過ポテーシャルの増加につながります。つまり、同じ量の水素と酸素を生成するには、より多くのエネルギーが必要です。その結果、システムの全体的なエネルギー効率が低下し、運用コストが増加します。
コンポーネントの寿命を短くしました
腐食したコンポーネントは、腐食していないコンポーネントと比較して寿命が短くなっています。たとえば、腐食した電極をより頻繁に交換する必要がある場合があります。これにより、メンテナンスコストが増加するだけでなく、システムのダウンタイムも引き起こします。パイプとバルブの場合、腐食は漏れにつながる可能性があり、システムの通常の動作を妨害する可能性があり、安全上の危険をもたらす可能性があります。
製品の汚染
腐食生成物は、電解プロセス中に生成された水素と酸素ガスを汚染する可能性があります。腐食した成分から放出される金属イオンは、ガスストリームに持ち越すことができます。これらの汚染物質は、ガスの品質に影響を与える可能性があり、高純度の水素が必要な燃料電池など、特定の用途に適していません。
腐食を緩和するための戦略
材料の選択
適切な材料を選択することは、アルカリ水電解システムの腐食を防ぐために重要です。電極の場合、ニッケルとその合金などの材料は、アルカリ溶液における良好な腐食抵抗と触媒活性のために一般的に使用されます。 BOPシステムでは、316Lステンレス鋼などのアルカリ腐食に耐性のあるステンレス鋼グレードをパイプ、タンク、その他のコンポーネントに使用できます。
コーティングと表面処理
コンポーネントの表面に保護コーティングを適用すると、腐食に対する追加の保護層を提供できます。セラミックコーティング、ポリマーコーティング、金属ベースのコーティングなどのコーティングは、材料と腐食電解質の間の障壁として機能する可能性があります。不動態化などの表面処理は、表面に薄い保護酸化物層を形成することにより、金属の腐食抵抗を改善することもできます。
監視とメンテナンス
腐食の兆候のシステムを定期的に監視することが不可欠です。これには、目視検査、電気化学インピーダンス分光法（EIS）などの技術を使用した腐食速度の測定、および金属イオンの存在のための電解質の分析が含まれます。監視結果に基づいて、腐食したコンポーネントの交換、動作条件の調整、電解質への腐食阻害剤の追加など、適切な維持手段を講じることができます。
当社のソリューション
プロのアルカリ水電気分解サプライヤーとして、腐食の問題を最小限に抑えるために設計された高品質の電解システムを提供しています。私たちのアルカリ水の正方形の設計電解器優れた腐食抵抗を確保するために、高度な材料と製造プロセスを使用して構築されています。電極は高品質のニッケル合金で作られており、アルカリ環境で優れた触媒活性と長期の安定性の両方を提供します。
さらに、私たち電気分解アルカリテクノロジーには、腐食のリスクを減らす革新的な設計機能が組み込まれています。たとえば、電解質のフローパスは、腐食が発生する可能性が高い停滞領域の形成を最小限に抑えるために最適化されています。
私たちのBOPシステム機器また、厳しいアルカリ環境に耐えるように慎重に選択され、設計されています。腐食 - すべてのコンポーネントに耐性材料を使用し、当社のシステムには、腐食をタイムリーに検出および防止するための高度な監視および制御システムが装備されています。
結論
腐食は、アルカリ水電気分解システムで重要な課題ですが、適切な理解と効果的な緩和戦略により、管理することができます。サプライヤーとして、腐食の影響を最小限に抑える信頼性が高く効率的なアルカリ水電解ソリューションをお客様に提供することを約束しています。当社の製品に興味があり、アルカリ水電気分解システムに関する特定の要件について話し合いたい場合は、調達とさらに技術的な議論についてお問い合わせください。
参照
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- O'Hayre、R.、Cha、SW、Colella、W。、＆Prince、FB（2006）。 Fuel Cel Fundals。ワイリー。
