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Un maillage de nickel tissé est placé dans une cellule électrolyseuse pour effectuer trois tâches à la fois, et les décisions de spécification découlent de laquelle des trois est contraignante dans une conception de cellule particulière.La maille porte la surface de l'électrode sur laquelle se déroulent les réactions hydrogène et oxygène, il répand le courant de la barre de bus dans la zone active, et il donne au gaz une surface pour quitter de sorte que l'électrolyte peut atteindre le métal en dessous.
Le nickel est le matériau d'électrode standard pour l'électrolyse de l'eau alcaline, et la raison est publiée et non promotionnelle.L'hydroxyde de potassium est utilisé comme électrolyte précisément parce qu'il évite la perte de corrosion qu'un électrolyte acide provoque, et le nickel est le matériau d'électrode choisi pour son activité élevée, sa disponibilité et son coût.la famille que le nickel sert est celle alcaline.
Ce qui suit est le contenu du matériau et de la géométrie qui appartient à une citation de maillage.comment le nombre de mailles et le diamètre du fil se combinent et quelles des gammes publiées peuvent être tissées ensemble, l'enveloppe de fonctionnement que le maillage doit survivre, les technologies d'électrolyseurs qu'il sert,et le traitement de surface qui appartient à une électrode par opposition à une pièce protégée contre la corrosion.
L'analyse publiée des pertes cellulaires divise la résistance d'une cellule alcaline en un groupe électrique, un groupe de transport et un groupe de réaction,et il vaut la peine de placer le maillage contre cette liste avant de choisir un nombre de mailles- les pertes qui traversent le circuit externe et ses connexions, le surpotentiel de la réaction d'évolution de l'oxygène à l'anode, la couverture de l'anode par des bulles d'oxygène,transport d'ions à travers l'électrolyte, la résistance du diaphragme ou de la membrane, la couverture de la cathode par des bulles d'hydrogène et le surpotentiel de la réaction d'évolution de l'hydrogène à la cathode.La résistance de masse de l'électrode métallique elle-même n'apparaît pas comme son propre terme, parce que dans un maillage métallique de cette section transversale, il est petit par rapport aux termes de réaction et de bulle.
Cette liste change ce qu'est une spécification de maille. La maille est choisie pour ce qu'elle fait aux termes autour d'elle, et non pour sa propre conductivité.
| Rôle dans la cellule | Ce qu'il régit | La propriété de maillage qui le détermine |
|---|---|---|
| Substrate d'électrode | La surface active disponible pour les deux réactions et l'accessibilité de cette surface à l'électrolyte | Diamètre du fil, qui définit la surface par unité de surface projetée, et l'ouverture du tissage qui décide si l'électrolyte atteint le fil derrière la couche avant |
| Collecteur et distributeur actuels | L'uniformité de la densité de courant sur la zone active et la résistance de contact entre le maillage et la barre de roulement ou la plaque bipolaire | Le diamètre du fil et la régularité du tissage, car un maillage à ouverture irrégulière répartit le courant de manière inégale et la zone de contact contre la plaque |
| Surface de libération du gaz | La fraction de l'électrode que les bulles couvrent, qui est une des résistances de transport dans la cellule | La surface ouverte et la douceur de la surface du fil, puisqu'une bulle se libère quand elle devient assez grande pour se détacher, et un fil bondé par un tissu serré le maintient plus longtemps |
| Élément structurel de la pile | Si le maillage conserve sa planéité et son ouverture par assemblage et cycle thermique | Le diamètre du fil et l'état du fil, ce qui pour ce matériau signifie une surface nette et recuit |
Le nickel pur commercial est décrit dans son propre bulletin de matériaux comme inégalé en matière de résistance aux alcalis caustiques, qui est la propriété sur laquelle repose la cellule alcaline,et le même bulletin note que le service caustique est une des applications construites sur cette résistanceLe maillage fonctionne donc dans la seule famille d'électrolytes qui lui convient, et l'électrolyte est choisi en partie pour la même raison.une cellule dont l'électrolyte est un acide n'est pas une cellule de nickel.
Le matériau n'est cependant pas exempt d'entretien et le mécanisme publié est spécifique.et le mécanisme identifié pour cette désactivation est la formation d'une phase d'hydrure de nickel à la surface de l'électrode sous une forte concentration d'hydrogèneLe remède publié est un revêtement: un revêtement en fer empêche la formation de la phase hydrure et donc la désactivation.Des espèces de vanadium dissous ont été rapportées pour activer les cathodes de nickel dans des milieux alcalins..
Deux autres faits publiés déterminent si un maillage non revêtu est suffisant.parce que son mécanisme est plus complexe et moins réversibleEt la pratique de la conception d'électrodes est décrite dans la littérature comme impliquant toujours un dopage ou un revêtement d'une couche plus stable et active, parce que l'électrode est un catalyseur ainsi qu'un conducteur.L'écart mesuré est largeDans 28 % d'hydroxyde de potassium à 80 °C, un composite actif nickel-fer-zinc est rapporté à un surpotentiel d'oxygène proche de 100 mV contre environ 400 mV pour l'acier doux.et autres matériaux d'électrodes publiés sont déclarés à 70 mV pour un dépôt de nickel-soufre-cobalt à 1, 500 A/m2 en hydroxyde de sodium à 28% en poids, et 185 mV pour un co-dépôt de nickel-molybdène à 3 000 A/m2 en hydroxyde de potassium à 6 M.
La lecture pratique est qu'un maillage de nickel non revêtu fonctionne et est la ligne de base, et qu'une revendication de la meilleure efficacité appartient à une électrode revêtue ou activée et non au métal nu.Une citation pour une maille nue et une citation pour une électrode activée sont deux produits différents.
Le nickel de haute pureté est vendu sous une description commerciale et deux spécifications, et une enquête en maille qui ne porte qu'un pourcentage laisse le choix ouvert.Le nickel forgé de cette catégorie est décrit dans son bulletin comme étant pur commercialementLe résidu de nickel et de cobalt est fixé à 99,6%, et la spécification de vente prévoit un minimum de 99,0% pour le nickel et le cobalt, le reste étant constitué de résidus contrôlés.6 % est une pureté commerciale nominale et non un minimum de spécification, et l'élément qui sépare les deux grades est le carbone.
| N'excédant pas 200 | autres métaux non ferreux | |
|---|---|---|
| Nom | Les États membres doivent veiller à ce que les mesures prises soient conformes à l'article 5 du règlement (CE) no 1224/2009.4066 | Les États membres peuvent prévoir des mesures de prévention et de rééducation.4068 |
| Nickel plus cobalt | 99.0 au minimum | 99.0 au minimum |
| Carbone | 0.15 maximum | 0.02 maximum |
| Le cuivre, le fer, le manganèse, le silicium, le soufre | 0.25, 0.40, 0.35, 0,35 et 0.01, tout maximum | Les mêmes limites, toutes maximales |
| Limite de service dans les directives publiées | Normalement limité à une température inférieure à 600 °F, soit 315 °C. | Résistant à la graphitisation, il peut donc être utilisé au-dessus de 600 °F, soit 315 °C |
| Approbation au titre de la section VIII, division 1 de l'ASME | Approuvées pour un fonctionnement jusqu'à 600 °F ou 315 °C | Approuvées pour un fonctionnement jusqu'à 1,250 °F ou 677 °C |
| Pourquoi la différence est importante dans un ordre de maillage | L'exposition prolongée à une température comprise entre 800 °F et 1 200 °F, soit entre 425 °C et 650 °C, précipite le graphite et peut gravement compromettre ses propriétés | La faible teneur en carbone est ce qui laisse la place pour le traitement à haute température et pour le soudage sans risque de graphite |
La conséquence pour un maillage est dans la voie de fabrication et non dans la cellule.Le recuit après le tissage est l' étape décisive, parce qu'un recuit à, ou une excursion de four dans, la bande de graphitisation est ce que la qualité de faible teneur en carbone protège.6 % et rien d'autre n'a dit quelle note sera délivrée, et un maillage qui sera brillant annealed devrait porter la qualité qui survit à l'anneau.
La ligne de résistivité électrique est celle qui nécessite des soins, et elle est traitée séparément après le tableau.
| Les biens immobiliers | Valeur publiée pour le nickel 200 et 201 |
|---|---|
| Densité | 80,89 g/cm3 ou 0,321 lb/in3 |
| Plage de fusion | 2,615 à 2,635 °F ou 1,435 à 1,446 °C |
| Température de Curie | 680 °F ou 360 °C |
| Module d'élasticité sous tension à 26 °C | 205 GPa, ou 29,7 × 103 ksi à 78 °F |
| Conductivité thermique à 20 °C | 70.3 W/m·K |
| Résistance électrique à 20 °C | 00,096 micro-omètre, ce qui est 9,6 micro-omètre centimètre |
| Résistance électrique à 100 °C | 0.130 micro-omètre, ce qui est 13,0 micro-omètre centimètre |
Le chiffre de résistivité qui circule pour le nickel pur, 6,99 microohm centimètres à 20 °C, est une valeur manuelle pour le nickel de haute pureté et n'est pas le chiffre publié pour la qualité de forgeage.Le chiffre du bulletin pour la note est 0La direction de la correction n'est pas flatteuse pour le matériau.et la deuxième partie est celle dont un concepteur de cellules a besoin: la résistivité augmente avec la température, passant de 0,096 microohm à 20 °C à 0,130 à 100 °C, de sorte que la valeur à utiliser est celle à température de fonctionnement et non celle à température ambiante.
Trois chiffres définissent un maillage tissé et seulement deux d'entre eux sont indépendants.Le pas est la distance entre les centres de deux fils adjacentsLe diamètre du fil est ce que le fil mesure. L'ouverture découle des deux autres, comme le pas moins le diamètre du fil,et la zone ouverte suit de l'ouverture et le pas, comme le carré du rapport entre eux. Une cotation nécessite donc seulement le nombre de mailles et le diamètre du fil, et tout le reste peut être calculé,qui est aussi comment un acheteur peut vérifier un devis qu'il a reçu.
| Nombre de mailles par pouce | Diamètre du fil | Le tonnerre | L'ouverture | Zone ouverte |
|---|---|---|---|---|
| 10 mailles | 0.50 mm | 2.540 mm | 2.040 mm | 64.5 % |
| 16 mailles | 0.40 mm | 1.587 mm | 1.188 mm | 56.0 % |
| 20 mailles | 0.30 mm | 1.270 mm | 00,970 mm | 58.3 % |
| 30 mailles | 0.25 mm | 00,847 mm | 0.597 mm | 49.7 % |
| 40 mailles | 0.20 mm | 00,635 mm | 0.435 mm | 46.9 % |
| 60 mailles | 0.15 mm | 0.423 mm | 0.273 mm | 41.7 % |
| 80 mailles | 0.12 mm | 0.318 mm | 0.198 mm | 38.7 % |
| 100 mailles | 0.10 mm | 0.254 mm | 0.154 mm | 36.8 % |
| 200 mèches | 0.10 mm | 0.127 mm | 0.027 mm | 4.5 % |
Lire le tableau vers le bas et les plages publiées se séparent à l'extrémité supérieure.Donc le fil le plus fin dans la plage de diamètre publié laisse une ouverture de 0.027 mm et une surface ouverte de 4,5%, ce qui représente une fraction du plancher de 30% du même tableau de spécifications.Parce que même le plus petit fil publié consomme 79% du fil.Les trois gammes publiées décrivent une famille de produits et non un menu gratuit, et une combinaison doit être vérifiée par rapport à la géométrie avant d'être cotée.
Le type de tissage est important pour la même raison: un simple tissage relie un fil au-dessus et un fil au-dessous, ce qui donne l'ouverture ronde et les zones ouvertes dans le tableau ci-dessus.Un tissu de fil passe le fil sur deux et sous deux, ce qui permet un fil plus lourd au même nombre et produit un tissu plus dense,et un tissu hollandais utilise des diamètres différents dans les deux directions et produit un tissu qui est plus proche d'un filtre qu'un écranLe métal en expansion a une autre géométrie: il est produit en coupant une feuille et en l'étirant, il n'a donc pas de fil entrelacé, sa surface ouverte est déterminée par le motif de la fente et non par le diamètre du fil,Une spécification qui propose un filet de fil tissé et un filet métallique étendu en une seule ligne a comprimé deux produits différents en un seul,et ils devraient être cotés et inspectés par différentes mesures.
Un nombre de mailles comporte une tolérance, et cette tolérance est appliquée séparément dans les deux directions du tissage.Les valeurs publiées dans le cahier des charges du tissu en fil de fer sont de plus ou moins 2% dans la direction de la déformation pour le tissu plus gros que 30 mailles, avec la direction de coupure à plus ou moins 5%, puis à plus ou moins 2% dans la déformation avec plus ou moins 4% dans la coupure pour les tissus de plus de 30 et jusqu'à 200 mailles,et plus ou moins 3 % dans la déformation avec plus ou moins 4 % dans le bouchon pour les tissus de plus de 200 mailles.
Travaillez l'effet sur un tissu à 40 mailles avec un fil de 0,20 mm, qui est une combinaison de travail pour une électrode d'électrolyseur.Le nombre de distorsions au bout de sa tolérance est de 40..8 fils par pouce, ce qui place le pas à 0,6225 mm et l'ouverture à 0,4225 mm, et un nombre de distorsions à l'extrémité inférieure est de 39,2 fils par pouce, ce qui place le pas à 0,648 mm et l'ouverture à 0.448 mmL'ouverture que reçoit l'acheteur se déplace donc sur une bande d'environ 0,026 mm, soit plus ou moins 3%, sur un chiffre nominal de 0,435 mm, et la surface ouverte passe avec elle de 44,4% à 49,4%.C'est la raison pour laquelle un appel de maillage qui nomme seulement le nombre de maillage et le diamètre du fil n'est pas une spécification: l'ouverture et la surface ouverte découlent du compteur de tissage, qui comporte une tolérance dans chaque sens.
La qualité et l'état de la surface sont déterminés par les conditions de fonctionnement des mailles, et les chiffres publiés pour les cellules alcalines se situent dans une bande étroite.
| Paramètre | Valeur publiée | Ce qu'il demande de la maille |
|---|---|---|
| Électrolyte | Hydroxyde de potassium, avec des travaux expérimentaux publiés à 20 à 30% en masse; certains modèles de cellules fonctionnent dans la partie supérieure de cette bande | La résistance aux alcalis caustiques est la propriété pour laquelle le matériau est choisi, et la concentration modifie également la conductivité de l'électrolyte |
| Température de fonctionnement | Les cellules alcalines conventionnelles sont conçues autour de 80 à 90 °C, et les travaux expérimentaux publiés fonctionnent à 80 °C dans de l'hydroxyde de potassium à 30 wt % pendant plus de 300 heures | La résistivité électrique du métal augmente avec la température, de 0,096 à 0,130 microohm-m entre 20 et 100 °C, et l'état mécanique du fil doit être stable à température |
| Potentiel des cellules | 1.8 à 2,0 V aux densités de courant utilisées dans l'électrolyse industrielle | Les surpotentiels aux deux électrodes sont les termes que le concepteur de cellules attaque, et le maillage est le substrat sur lequel ces traitements sont appliqués. |
| Densité de courant | Les travaux d'électrodes publiés sont rapportés à 1 000 à 3 000 A/m2 | La production de gaz par unité de surface augmente avec elle, de sorte que la couverture des bulles et la surface ouverte du tissage deviennent plus importantes à mesure que la densité du courant augmente |
| Environnement des cathodes | Haute concentration d'hydrogène à la surface de l'électrode | C'est la condition dans laquelle la formation d'hydrure de nickel et la désactivation des électrodes sont rapportées, et le remède publié est un revêtement |
Deux conséquences en découlent. La première est que la température de la cellule, et non celle de l'atelier, détermine la résistivité qui doit être utilisée dans un calcul.La seconde est que la surface de l'électrode est demandée pour faire de l'électrochimique, et l'état de cette surface est un élément de spécification et non un détail de finition.
L'affirmation selon laquelle un maillage convient aux technologies d'électrolyseur en général doit être qualifiée,Parce que les technologies diffèrent dans l'électrolyte et l'électrolyte décide si le nickel est le bon métal..
| Technologie | Électrolyte et environnement de fonctionnement | Le rôle d'une maille de nickel | Le verdict |
|---|---|---|---|
| Électrolyse à l'eau alcaline | Hydroxyde de potassium, généralement de 20 à 30% en masse, à 80 à 90 °C dans les cellules classiques | Substrate d'électrode et collecteur de courant aux deux électrodes, avec le côté de l'anode prenant la réaction d'évolution de l'oxygène | L'application établie et celle auxquelles les propriétés du matériau correspondent |
| Électrolyse par membrane d'échange anionique | Un environnement alcalin maintenu dans une membrane au lieu d'une masse liquide | Plateforme d'électrode et collecteur de courant derrière la membrane | Un ajustement pour la même raison matérielle, avec la membrane remplaçant le diaphragme |
| Électrolyse par membrane d'échange de protons | Une membrane polymère acide | Aucun dans l'électrode | La cellule alcaline utilise l'hydroxyde de potassium spécifiquement pour éviter la corrosion qu'un électrolyte acide provoque, et la cellule acide est où cette corrosion s'applique |
Une demande qui nomme des composants d'électrolyseur sans nommer la technologie nécessite donc une réponse à une question avant qu'un filet ne soit cité, et ce n'est pas une question commerciale.L'électrode d'une cellule à membrane acide est une discussion différente.
Trois traitements sont généralement répertoriés sur une cotation en maille, et deux d'entre eux appartiennent à une électrode tandis que le troisième fait un travail différent.Il élimine la tension que le tissage met dans le fil., et il laisse le matériau suffisamment doux pour être aplati, coupé et soudé sans fissuration,qui est la condition que le bulletin décrit pour la qualité lorsqu'il note que le nickel recuit a une faible dureté et une bonne ductilitéLe nettoyage élimine la graisse et les résidus de traction avant le traitement thermique et avant l'assemblage, et il est plus important que sur une partie structurelle,parce que la graisse laissée sur une surface de nickel est une source de carbone à température de recuit.
Le troisième mot nécessite une décision. La passivation est un traitement de protection contre la corrosion et produit un film de barrière, et la surface d'une électrode est censée être électrochimiquement active.Une électrode placée dans une cellule fera pousser son propre oxyde en service, et une spécification qui demande une surface passive sur une électrode demande un film contre lequel la cellule devra ensuite travailler.une surface non tendue pour une maille nue, ou un traitement d'activation délibéré lorsque la conception de la cellule l'exige, qui est l'étape de dopage ou de revêtement décrite dans les pratiques de conception des électrodes publiées.
La demande de composants d'électrodes suit le développement de la capacité de l'électrolyseur et non le prix du métal, et les prévisions publiées pour ce développement sont larges.Une prévision d'une maison d'études de marché place le marché des électrolyseurs à 3 USD0,75 milliard en 2024 pour atteindre 78,01 milliards de dollars d'ici 2030, soit un taux de croissance annuel composé de 65,9%.et le premier examen annuel du secteur par l'Agence internationale de l'énergie décrit un grand écart entre les projets annoncés et la capacité qui aboutit à une décision finale d'investissement- la direction de la croissance est convenue dans les sources publiées et le taux n'est pas,qui est la forme honnête de cette phrase et la raison pour laquelle un plan de capacité devrait être construit sur le projet pipeline un fournisseur peut voir et non sur un taux de tête.
Nommez le numéro UNS et non la description commerciale. Le nickel 200 est UNS N02200 et le nickel 201 est UNS N02201, et la différence entre eux est le carbone, à 0,15% maximum contre 0,02%.Un maillage qui sera recuit après le tissage ou soudé dans un ensemble doit être commandé à la teneur en carbone faible, parce que les lignes directrices publiées limitent le nickel 200 à une température de service inférieure à 600 °F, ou 315 °C, et indiquent qu'une exposition prolongée entre 800 °F et 1,200 ° F précipite le graphite et peut gravement compromettre les propriétésL'électrolyseur lui-même n'atteint jamais ces températures, donc le choix est fait par la voie de fabrication et non par la cellule.
Il s'agit de deux déclarations différentes: les qualités forgées de cette famille sont décrites dans le bulletin du producteur comme étant commercialement pures à 99,6% et le cahier des charges de leur vente fixe un minimum de 99%..0 % pour le nickel plus le cobalt avec le solde en résidus contrôlés.Un ordre d'achat doit comporter le numéro UNS, et la description de pureté peut être placée à côté de celle-ci comme une étiquette commerciale et non à sa place.
Le calcul s'effectue à partir duquel des trois rôles est liant dans la conception de la cellule.un comptage plus fin avec un fil plus fin donne plus de fil par unité de surface projetée, et où la libération de gaz et l'accès aux électrolytes sont les facteurs limitants, un nombre plus grossier avec un fil plus lourd donne un tissu plus ouvert et un panneau plus rigide.Dans l'analyse de résistance publiée, la couverture de bulles aux deux électrodes est une des résistances de transport, et la surface ouverte du tissage est la propriété de maille qui agit sur elle. Un nombre compris entre 20 et 60 maille avec un fil de 0,15 à 0,30 mm couvre les combinaisons de travail,et le tableau de géométrie ci-dessus montre pourquoi un nombre au sommet de la plage publiée ne peut pas être jumelé avec une grande zone ouverte.
Non, l'envergure est fixée par le nombre de mailles, à 25,4 divisé par le nombre en millimètres, et le fil doit tenir à l'intérieur avec une ouverture restante.Donc même le fil le plus fin publié de 0.10 mm laisse une ouverture de 0,027 mm et une surface ouverte de 4,5%, bien en dessous du plancher de 30% du même tableau de spécifications.et une combinaison spécifique doit être confirmée par rapport à la géométrieDans les cas où un nombre très fin est requis pour une fonction différente, l'exigence de surface ouverte doit être assouplie, et dans les cas où une grande surface ouverte est requise, le nombre doit être réduit.
Le nickel nu fonctionne, et c'est la ligne de base contre laquelle le reste du champ est mesuré.La pratique de conception des électrodes publiée est néanmoins décrite comme impliquant toujours un dopage ou un revêtement d'une couche plus stable et active., car l'électrode agit comme un catalyseur et le surpotentiel est ce qui détermine l'efficacité de la cellule.dans 28% d'hydroxyde de potassium à 80 °C, un composite actif nickel-fer-zinc est signalé avec un surpotentiel d'oxygène proche de 100 mV contre environ 400 mV pour l'acier douxL'évolution de l'oxygène est également rapportée comme plus difficile à réduire que l'évolution de l'hydrogène..
Une cellule à membrane d'échange de protons fonctionne avec une membrane polymère acide.et la raison publiée de l'électrolyse alcaline utilise de l'hydroxyde de potassium est qu'il évite la perte de corrosion qu'un électrolyte acide provoqueLa propriété du matériau qui fait du nickel l'électrode alcaline est la résistance aux alcalis caustiques, qui est l'environnement opposé.qui est l'électrolyse de l'eau alcaline et l'électrolyse de la membrane d'échange d'anions, et une enquête pour une cellule de membrane acide est une sélection de matériau différente.
Un maillage d'électrode de nickel pur est spécifié par deux chiffres, le nombre de mailles et le diamètre du fil, et tout le reste de sa géométrie en découle.la description commerciale de la pureté de 990,6% est une étiquette et le minimum de spécification est de 99,0% pour le nickel plus le cobalt, et parce que le carbone à 0,15% contre 0,02%, décide laquelle des deux catégories survit à une étape de recuit.Ses constantes au sommet de la plage utile sont
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