Защо чистата никелова плоча се използва широко във водорода H4

Електролизата на алкална вода за производство на водород използва около 30% разтвор на КОН като електролит. Работната температура обикновено е между 70 и 90 градуса, а някои модерни резервоари дори достигат над 120 градуса. При тази висока температура, висока концентрация и силна алкална среда, повечето метали ще претърпят тежка корозия: равномерна корозия и точкова корозия ще възникнат върху въглеродната стомана в рамките на няколко часа. Въпреки че неръждаемата стомана има определена устойчивост на корозия, нейната -дългосрочна стабилност в алкален разтвор е много по-малка от тази на никела. Устойчивостта на чистия никел на алкална корозия се дължи на спонтанното образуване на плътен и стабилен пасивиращ филм NiO/Ni(OH)₂ върху неговата повърхност. Този филм е почти неразтворим в алкална среда и има-способности за самовъзстановяване - дори ако бъде механично надраскан, той може бързо да се регенерира в алкален разтвор. Експерименталните данни показват, че скоростта на корозия на чист никел в кипящ 50% разтвор на сода каустик е само 0,01~0,02 mm/година, което означава, че никелова плоча с дебелина 2 mm може да се използва десетилетия без повреда при нормални работни условия. Именно това свойство на „химическа бариера“ прави чистия никел единственият дългосрочен-надежден избор за ключови части като плочи, електродни субстрати и съединители в алкални електролитни клетки.

Същността на електролитното производство на водород е да преобразува електрическата енергия в химическа енергия, а консумацията на енергия е в основата на оперативните разходи. Съпротивлението на чистия никел е само 6,99×10⁻⁸ Ω·m (20 градуса), което е малко по-ниско от медта, но много по-добро от желязото (около 1,0×10⁻⁷ Ω·m) и неръждаемата стомана (около 7,0×10⁻⁷ Ω·m). Като електродна плоча, чистият никел може ефективно да намали омичната поляризация и да намали неефективното нагряване, като по този начин подобрява ефективността на тока и производството на водород за единица консумация на енергия. В същото време топлопроводимостта на чистия никел (приблизително 90 W/(m·K)) е приблизително три пъти по-висока от тази на неръждаемата стомана, което е от полза за равномерното провеждане и разсейване на топлината вътре в електролитната клетка, предотвратявайки локалното прегряване да причини разграждане на материала на мембраната или бързо изпаряване на алкалния разтвор. В големи -проекти H4 мощността на един електролизатор може да достигне няколко мегавата. Дори ако има само малка разлика в съпротивлението, кумулативната разлика в консумацията на енергия е значителна - използването на електроди от чист никел в сравнение с електроди от въглеродна стомана с никелово- покритие може да спести от 5% до 8% от разходите за електроенергия през целия жизнен цикъл. Това е икономическа сметка, на която инвеститорите в проекта придават голямо значение.

Проектите H4 често изискват капацитет за производство на водород на една клетка да достигне 1000 Nm³/h или дори повече, което изисква диаметърът на плочата да надвишава 1,8 метра и структурата на електрода да бъде сложна - трябва да се пробият плътни отклоняващи отвори, издатини и канали за поток, за да се оптимизира разпределението на електролита и отделянето на газ. Чистият никел има лицево-центрирана кубична решетъчна структура, отлична пластичност и степен на удължение от 30% до 40%. Може да издържи обработка на студена деформация като дълбоко изтегляне, разтягане и огъване без напукване. От слитъци от чист никел до топене, горещо валцуване и студено валцуване до 0,2 mm ултра-широки ленти (ширина до 1250 mm), след това те се щамповат и оформят наведнъж през специална форма, за да се подготви интегрална никелова плоча с външен диаметър от близо 2 метра.

В сравнение с ранния метод за снаждане на никелова плоча с малък{0}}формат, този цялостен процес на щамповане намалява броя на заваръчните шевове с повече от 30%, което не само подобрява структурната здравина, но също така елиминира риска от преференциална корозия, причинена от сегрегацията на компонентите и остатъчното напрежение в заваръчните шевове, значително подобрявайки надеждността и последователността на оборудването. В допълнение, чистият никел може лесно да бъде заварен или синтерован с композитни електродни материали като никелова мрежа и никелова пяна, за да се образува интегриран електрод „субстрат + каталитичен слой“, допълнително оптимизиращ двуфазния поток газ-течност-.