Wstitanium ha sviluppato una serie di soluzioni ad alte prestazioni Prodotti anodici in titanio MMOAmpiamente utilizzati nell'elettrolisi alcalina dell'acqua (AWE), nell'elettrolisi dell'acqua a membrana a scambio protonico (PEMWE) e nell'elettrolisi dell'acqua a membrana a scambio anionico (AEMWE), gli anodi in titanio con ossido di metallo misto (MMO) riducono il consumo energetico del 30-40% rispetto ai tradizionali anodi a base di nichel. Il consumo energetico per unità di produzione di idrogeno può essere ridotto di 0.5-1.0 kWh/Nm³. Possono sopportare densità di corrente fino a 10,000 A/m², 2-3 volte superiori a quelle dei tradizionali anodi a base di nichel. Hanno una durata di servizio eccezionalmente lunga di 10-20 anni, 4-8 volte superiore a quella dei tradizionali anodi a base di nichel. Le dimensioni dell'elettrodo rimangono pressoché invariate durante il funzionamento a lungo termine, garantendo prestazioni stabili e costanti dell'elettrolizzatore.
Sistema di rivestimento anodico in titanio MMO
Le prestazioni degli anodi in titanio MMO dipendono principalmente dagli elementi, dalla struttura e dalla tecnologia di preparazione del rivestimento. I diversi rivestimenti presentano proprietà elettrochimiche differenti, che li rendono adatti a varie tecnologie di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua e a diverse condizioni operative. Wstitanium offre i seguenti quattro sistemi di rivestimento principali per l'industria della produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua:
Gli anodi di titanio MMO iridio-tantalio vengono preparati tramite decomposizione termica, utilizzando il diossido di iridio (IrO₂) come principale componente cataliticamente attivo e il pentossido di tantalio (Ta₂O₅) come stabilizzante e legante. Un contenuto di IrO₂ dell'80-85% è adatto per applicazioni che richiedono un'efficienza estremamente elevata. Un contenuto di IrO₂ del 60-65% è adatto per densità di corrente elevate, alte temperature o ambienti fortemente acidi.
- Durata utile ≥ 50,000 ore.
- Efficienza attuale 95-98%.
- Spessore del rivestimento: 8-20 μm.
- Densità di corrente 1000A-5000A/m².
- Rapporto molare tipico (IrO₂:Ta₂O₅ = 70:30).
- Sovratensione di sviluppo di ossigeno ≤1.4 V (rispetto a SHE, 1 A/cm²).
- Elettrolisi dell'acqua tramite membrana a scambio protonico (PEM).
- Elettrolisi dell'acqua alcalina ad alta densità di corrente.
- Elettrolisi dell'acqua ad alta tensione per la produzione di idrogeno (30-80 bar).
- Elettrolisi dell'acqua di mare per la produzione di idrogeno.
Il rivestimento rutenio-iridio utilizza il biossido di rutenio (RuO₂) come componente cataliticamente attivo, il biossido di iridio (IrO₂) per migliorarne la stabilità e il biossido di titanio (TiO₂) come legante e supporto. L'IrO₂ aumenta la resistenza all'ossidazione e la durata, mantenendo un'elevata attività catalitica. Il rivestimento rutenio-iridio-titanio è un rivestimento classico per l'elettrolisi alcalina dell'acqua per la produzione di idrogeno.
- Efficienza attuale 92-96%.
- Spessore del rivestimento: 8-20 μm.
- Densità di corrente 1000A-4000A/m².
- Resistività del rivestimento ≤10⁻⁴Ω・cm
- Rapporto molare tipico (RuO₂:IrO₂:TiO₂ = 60:20:20).
- Sovratensione di sviluppo di ossigeno ≤1.35 V (rispetto a SHE, 1 A/cm²).
- Elettrolisi dell'acqua alcalina (KOH/NaOH)
- Elettrolizzatore a bassa-media densità di corrente (0.2-0.8 A/cm²).
- Progetti di produzione industriale di idrogeno su larga scala
- elettrolisi dell'acqua con membrana a scambio anionico (AEM)
Gli anodi di titanio rivestiti di platino vengono prodotti depositando uno strato di platino metallico sulla superficie di un substrato di titanio mediante tecniche di elettrodeposizione o deposizione chimica. Lo spessore tipico è di 0.5-10 μm. Il platino presenta un'attività catalitica estremamente elevata sia per la reazione di sviluppo dell'idrogeno (HER) che per la reazione di sviluppo dell'ossigeno (OER). Dimostra inoltre una buona stabilità sia in ambienti acidi che alcalini.
- Unità di produzione di idrogeno su piccola scala tramite elettrolisi dell'acqua.
- Produzione di idrogeno ad elevata purezza (99.999% e oltre)
- Elettrolizzatori (ad esempio, a temperatura ultra-bassa e pressione ultra-alta)
- Applicazioni che richiedono un'attività catalitica estremamente elevata
Rivestimenti compositi a base di ossido
Wstitanium ha sviluppato una serie di sistemi di rivestimento a base di ossidi compositi. Ad esempio, il rivestimento rutenio-iridio-stagno-antimonio (RuO₂-IrO₂-SnO₂-Sb₂O₅) presenta un'attività catalitica per l'evoluzione dell'ossigeno estremamente elevata e una buona stabilità. L'SnO₂ migliora la conduttività e la porosità del rivestimento. Nell'elettrolisi alcalina dell'acqua per la produzione di idrogeno, le sue prestazioni sono superiori a quelle dei rivestimenti rutenio-iridio-titanio, pur avendo un costo comparabile.
- Attività elettrocatalitica migliorata del rivestimento.
- Maggiore efficienza di reazione.
- Struttura cristallina più stabile.
- Maggiore resistenza alla corrosione e durata prolungata.
Confronto degli anodi in titanio MMO
Per aiutarvi a scegliere il sistema di rivestimento più adatto in modo più intuitivo e preciso, Wstitanium ha fornito un confronto dettagliato dei principali parametri prestazionali di cinque anodi in titanio MMO rivestiti di largo consumo. Tutti i dati provengono da test condotti dal laboratorio Wstitanium in stretta conformità con lo standard nazionale. GB / T 45092-2024 "Test di prestazione e valutazione degli elettrodi per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua", nonché rapporti di prova di autorevoli istituzioni terze.
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Struttura dell'anodo in titanio MMO
La forma e la struttura dell'anodo in titanio MMO sono fattori chiave che influenzano le prestazioni dell'elettrolizzatore. Forme diverse offrono efficienze e superfici specifiche differenti, adatte a vari design di elettrolizzatori. Wstitanium vanta una consolidata esperienza nella lavorazione del titanio e può personalizzare anodi in titanio MMO di varie forme e specifiche in base alla struttura dell'elettrolizzatore e ai requisiti tecnici.
Anodi in titanio a piastra
Gli anodi in titanio a piastra sono realizzati a partire da lastre di titanio mediante taglio, saldatura, trattamento superficiale e rivestimento. Hanno una struttura semplice e un costo contenuto.
- ASTM B 256 Gr1 o Gr2
- Spessore: 0.5mm - 5.0mm
- Massimo: 23000 mm × 1000 mm
- Terminali conduttivi: φ6mm-φ20mm
- Elettrolizzatore alcalino a filtro a pressione
- Elettrolizzatore di idrogeno industriale
- Elettrolizzatore a bassa densità di corrente (≤0.6 A/cm²)
- Elettrolizzatore da piccolo laboratorio
Anodo di titanio a rete
Gli anodi in titanio a rete offrono vantaggi quali un'ampia superficie specifica, una buona ventilazione dei gas e un buon flusso dell'elettrolita. Sono la forma di anodo preferita.
- Spessore: 1-5mm
- Apertura: 1-10 mm
- 2 × 2 mm-10 × 10 mm
- Diametro del filo: 0.5 mm-2.0 mm
- Elettrolizzatore alcalino
- Membrana a scambio protonico (PEM)
- Membrana a scambio anionico (AEM)
- Elevata densità di corrente (>0.6 A/cm²)
Anodi tubolari in titanio
Gli anodi tubolari in titanio offrono una scarica omnidirezionale a 360° e un'eccellente dissipazione del calore, il che li rende adatti per le celle elettrolitiche tubolari.
- Diametro: φ6mm - φ100mm
- Spessore della parete: 0.5 mm - 3.0 mm
- Lunghezza massima: 6000 mm
- Spessore della parete: 0.5 mm - 5 mm
- Sistema di produzione di idrogeno da acqua di mare
- Elettrolizzatore ad alta densità di potenza
- Elevati requisiti per lo scarico dei gas
- Elettrolizzatore ad alta tensione
Cestino MMO Anodo in titanio
- Barre conduttive: 10~30 mm.
- Spessore: 0.5~2 mm.
- Dimensioni della maglia: da 6 mm × 3 mm a 16 mm × 8 mm.
- Elettrolizzatore cilindrico.
- Elevata densità di corrente.
- Elettrolisi diretta dell'acqua di mare.
- Alta pressione, alta temperatura.
Anodi di titanio Rod MMO
- Diametro: 2 mm - 30 mm
- Lunghezza massima: 6 metri
- Spessore del rivestimento: 5~20μm
- Elettrolizzatore a tubo
- Apparecchiatura di elettrolisi da laboratorio
- Elettrolizzatore a flusso spirale
- Elettrolizzatore a elettrodo rotante
Anodi in titanio personalizzati per MMO
- Tolleranza entro ±0.05 mm
- Rivestimento MMO personalizzato
- Forma personalizzata
- Resistente al fluoro
- Elettrolizzatori speciali
- Microelettrolizzatori
- Elettrolizzatori fotocatalitici
- Elettrolizzatori elettrochimici
Soluzioni personalizzate in Wstitanium
Wstitanium comprende che ogni progetto di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua ha requisiti e condizioni operative uniche. Per questo motivo, Wstitanium offre soluzioni personalizzate per anodi in titanio MMO. I nostri servizi personalizzati coprono l'intero processo, dalla progettazione della formulazione del rivestimento e dall'ottimizzazione strutturale alla produzione, garantendo una perfetta integrazione con il vostro sistema di elettrolisi.
Densità di corrente (>3A/cm²)
- Aumentare lo spessore del rivestimento a 12-30 μm
- Ottimizzare la porosità al 30-40%.
- Migliorare la conduttività del rivestimento
- Aumentare il carico di metalli preziosi
- Struttura di rivestimento sfumato
Alta temperatura (>80℃)
- Elementi resistenti alle alte temperature (ad esempio, ZrO₂, HfO₂)
- Migliorare la densità dei rivestimenti
- Struttura a gradiente multistrato
Alta pressione (>30 bar)
- Aumentare la densità del rivestimento
- Aumentare la resistenza meccanica
- Rinforzare la tenuta
- Substrato di titanio più spesso
Lunga durata (>80,000 ore)
- Contenuto di metalli preziosi 30-40%
- Struttura a gradiente multistrato
- Aggiunta di stabilizzanti e antiossidanti
- Ottimizzazione della microstruttura del rivestimento
Requisiti a basso costo
- Rivestimento composito multicomponente a base di ossido
- Migliore utilizzo dei metalli preziosi
- Metalli preziosi concentrati in superficie
- Tecnologia di produzione ottimizzata
Alimentazione fluttuante
- Resistenza alla corrente inversa migliorata
- Sono stati aggiunti additivi per la resistenza alla corrente inversa.
- Conduttività del rivestimento ottimizzata
- Rivestimento più spesso
Casi di progetto
Gli anodi in titanio MMO di Wstitanium sono stati applicati con successo in oltre 100 progetti di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua in tutto il mondo. Questi progetti coprono processi alcalini, PEM e AEM e spaziano dalla ricerca di laboratorio alla produzione industriale di idrogeno su larga scala.
1. Progetto "Fonte-Rete-Carico-Stoccaggio di Idrogeno" da 80 MW
Il progetto ha una capacità installata totale di 2 milioni di kilowatt, di cui 1.5 milioni di kilowatt di energia eolica e 500,000 kilowatt di energia fotovoltaica. Verrà costruito un impianto di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua da 80 MW, che produrrà 20,000 tonnellate di idrogeno verde all'anno.
- Temperatura: 80 ℃
- Densità di corrente: 0.4 A/cm²
- Elettrolizzatore: Elettrolizzatore alcalino a filtro a pressione (elettrolita KOH al 30%)
- Pressione: 1.6 MPa, Durata di vita richiesta: ≥80,000 ore
Soluzione di Wstitanium
Rivestimento: rivestimento in ossido di rutenio-iridio-stagno-antimonio (RuO₂:IrO₂:SnO₂:Sb₂O₅=55:15:20:10). Questo rivestimento offre una maggiore attività catalitica, una migliore resistenza alla corrente inversa e una maggiore durata. Adatto a condizioni di alimentazione elettrica fluttuanti abbinate a energie rinnovabili. Forma: struttura a rete a 3 strati (rete diamantata 2×4 mm, diametro del filo 1.0 mm). Produzione: oltre 2400 anodi a rete di grandi dimensioni, con una superficie di reazione totale superiore a 12,000 m². Tutti i prodotti sono stati fabbricati entro 30 giorni.
Risultati
La tensione dell'elettrolizzatore era inferiore a 1.82 V, 0.08 V inferiore alla media. Il consumo energetico dell'unità di produzione di idrogeno era ≤4.3 kWh/Nm³. L'efficienza di corrente era ≥96.5%. Ha resistito a condizioni operative difficili con fluttuazioni di carico comprese tra il 30% e il 110%. Il tasso di decadimento della tensione è solo dello 0.012%/1000 ore, significativamente migliore rispetto agli anodi a base di nichel. In condizioni operative simili, gli anodi a base di nichel presentano un tasso di decadimento dello 0.035%/1000 ore. La durata prevista supera le 90,000 ore.
2. Elettrolisi dell'acqua di mare per la produzione di idrogeno
Sistema di produzione di idrogeno tramite elettrolisi diretta dell'acqua di mare a accoppiamento termico da 110 kW. Questo sistema mira a sviluppare una tecnologia di produzione di idrogeno tramite elettrolisi diretta dell'acqua di mare altamente efficiente, stabile ed economica, risolvendo il problema della produzione tradizionale di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua che si basa su risorse di acqua dolce.
- pH = 8.2
- Temperatura: 60 ℃
- Produzione di ossigeno ≥95%
- Densità di corrente: 0.3 A/cm²
- Acqua di mare (contenente circa il 3.5% di ioni cloruro)
Soluzione di Wstitanium
Rivestimento: Rivestimento di ossido di iridio-tantalio-stagno (IrO₂:Ta₂O₅:SnO₂=60:25:15). Questo rivestimento presenta un'elevatissima resistenza alla corrosione da ioni cloruro e un'elevata selettività per l'evoluzione dell'ossigeno, sopprimendo efficacemente la reazione secondaria di evoluzione del cloro. Forma: Anodo tubolare (diametro esterno φ20mm, spessore della parete 1.5mm, lunghezza 1000mm). Nella parete del tubo sono praticati fori circolari di φ3mm, con una spaziatura tra i fori di 10mm.
Risultati
Selettività di sviluppo dell'ossigeno ≥96%, con soppressione efficace della reazione secondaria di sviluppo del cloruro. La produzione di cloro è inferiore a 10 ppm. La tensione della cella è stabile al di sotto di 1.90 V e il consumo energetico unitario per la produzione di idrogeno è ≤4.5 kWh/Nm³. Il tasso di decadimento della tensione è dello 0.02%/1000 ore. L'anodo ha funzionato in modo stabile e continuo in acqua di mare per oltre 5000 ore senza corrosione significativa o degrado delle prestazioni.
3. Progetto di produzione di idrogeno tramite elettrolisi PEM da 20 MW
Un sistema di elettrolisi PEM da 20 MW per la produzione di idrogeno, con una capacità produttiva giornaliera di 2000 kg. Purezza dell'idrogeno ≥99.999%.
- Elettrolizzatore con membrana a scambio protonico (PEM).
- Densità di corrente: 2.0 A/cm²
- Temperatura: 70 ℃
- Pressione: 3.0MPa
- Durata prevista: ≥50,000 ore
Soluzione di Wstitanium
Sistema di rivestimento: rivestimento in ossido di iridio-tantalio (IrO₂:Ta₂O₅=70:30). Struttura a gradiente multistrato che garantisce un'elevatissima resistenza agli acidi e stabilità. Forma: anodo in titanio poroso (matrice di titanio espanso, porosità 60%, dimensione dei pori 100 μm, spessore 2 mm).
Risultati
Tensione della cella stabilizzata al di sotto di 1.72 V. Consumo energetico dell'unità di produzione di idrogeno ≤4.7 kWh/Nm³. Purezza dell'idrogeno ≥99.999%. Funzionamento stabile per oltre 12 mesi con degrado delle prestazioni inferiore al 2%. Durata prevista fino a 60,000 ore.
4. Elettrolisi AEM per la produzione di idrogeno
L'elettrolisi AEM per la produzione di idrogeno combina i vantaggi degli elettrolizzatori alcalini e degli elettrolizzatori PEM. Vanta vantaggi quali basso costo, elevata efficienza e rapidità di risposta. Rappresenta un'importante direzione di sviluppo futura per la tecnologia di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua.
- Elettrolizzatore a membrana a scambio anionico (AEM)
- Densità di corrente di esercizio: 1.0 A/cm²
- Temperatura operativa: 60 ℃
- Elettrolita: soluzione di KOH 1M
Soluzione di Wstitanium
Abbiamo fornito campioni di vari sistemi di rivestimento per i test, tra cui rivestimenti di rutenio-iridio-titanio, iridio-tantalio, iridio-tantalio-stagno e rivestimenti di ossidi compositi multicomponenti. Abbiamo offerto campioni di anodi di varie forme, tra cui a piastra, a rete e in titanio poroso, nonché campioni con diverse dimensioni delle maglie e porosità.
Risultati
Sovratensione di sviluppo di ossigeno del rivestimento di ossido composito multicomponente ≤1.38 V (1 A/cm², 60 °C). Efficienza di corrente ≥96%. Rispetto ai tradizionali rivestimenti di rutenio-iridio-titanio, la quantità di metalli preziosi utilizzati è ridotta del 30%, con una conseguente significativa riduzione dei costi degli elettrolizzatori AEM.
5. Elettrolisi alcalina dell'acqua da 100 MW per la produzione di idrogeno
Un impianto di produzione di idrogeno tramite elettrolisi alcalina dell'acqua da 100 MW, con una produzione annua di 25,000 tonnellate di idrogeno verde.
- Elettrolizzatore alcalino (elettrolita KOH al 30%)
- Densità di corrente: 0.6 A/cm²
- Temperatura: 85 ℃
- Pressione: 2.0 MPa
- Durata: ≥80,000 ore
Soluzione di Wstitanium
Rivestimento: rivestimento in ossido di titanio rutenio-iridio (RuO₂:IrO₂:TiO₂=50:30:20). Questo rivestimento presenta un'eccellente attività catalitica e un'altissima stabilità. È particolarmente adatto per i requisiti di lunga durata dei progetti di produzione industriale di idrogeno su larga scala. Struttura a rete a doppio strato (rete diamantata 3×6 mm, diametro del filo 1.2 mm). Barre conduttive in rame per ridurre la resistenza di contatto.
Risultati
Il progetto è attualmente in fase di costruzione. Wstitanium ha completato la produzione e la consegna del primo lotto di prodotti. La qualità del prodotto è stata molto apprezzata dal cliente. La tensione dell'elettrolizzatore sarà stabilizzata al di sotto di 1.85 V. Il consumo energetico dell'unità di produzione di idrogeno è ≤4.4 kWh/Nm³.
FAQ
L'anodo in titanio MMO funge da anodo, partecipando alla reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. Catalizza l'OER, riducendo la sovratensione e il consumo energetico. Inoltre, conduce la corrente, garantendo una distribuzione uniforme della stessa. Infine, resiste alla corrosione elettrochimica durante l'elettrolisi.
I prodotti Wstitanium soddisfano una varietà di standard internazionali e requisiti di certificazione, tra cui:
Certificazione del Sistema di Gestione della Qualità ISO 9001:2015
Certificazione del sistema di gestione della salute e sicurezza sul lavoro ISO 45001
Certificazione RoHS
Certificazione REACH
Certificazione CE.
Gli ioni fluoruro sono un vero e proprio "nemico" degli anodi in titanio MMO. Danneggiano il film di passivazione sulla superficie del substrato di titanio, causando corrosione per vaiolatura e, in ultima analisi, il guasto dell'anodo. Anche tracce minime di ioni fluoruro (>1 ppm) possono causare gravi danni all'anodo.
Controllare rigorosamente la purezza dell'elettrolita per evitare l'introduzione di impurità di fluoruro.
Utilizzare acqua deionizzata per preparare l'elettrolita.
Scegli un sistema di rivestimento con una migliore resistenza al fluoro.
Ridurre la densità di corrente e la temperatura di esercizio.
Monitorare regolarmente il contenuto di ioni fluoruro nell'elettrolita.
Aggiungere un dispositivo per la rimozione del fluoro prima della cella elettrolitica.
