Firma Wstitanium opracowała serię wysokowydajnych anod tytanowych MMO , szeroko stosowanych w elektrolizie wody alkalicznej (AWE), elektrolizie wody z membraną wymiany protonów (PEMWE) oraz elektrolizie wody z membraną wymiany anionów (AEMWE). Anody tytanowe z mieszanych tlenków metali (MMO) zmniejszają zużycie energii o 30-40% w porównaniu z tradycyjnymi anodami niklowymi. Zużycie energii na jednostkę produkcji wodoru może zostać zmniejszone o 0.5-1.0 kWh/Nm³. Wytrzymują one natężenie prądu do 10 000 A/m², 2-3 razy więcej niż tradycyjne anody niklowe. Charakteryzują się wyjątkowo długą żywotnością, wynoszącą 10-20 lat, 4-8 razy więcej niż tradycyjne anody niklowe. Wymiary elektrod pozostają praktycznie niezmienne podczas długotrwałej pracy, zapewniając stabilną i stałą wydajność elektrolizera.
System powłok anodowych MMO Titanium
Wydajność anod tytanowych MMO zależy przede wszystkim od pierwiastków, struktury i technologii przygotowania powłoki. Różne powłoki charakteryzują się różnymi właściwościami elektrochemicznymi, co czyni je odpowiednimi do różnych technologii produkcji wodoru metodą elektrolizy wody i warunków pracy. Wstitanium oferuje następujące cztery główne systemy powłok dla przemysłu produkcji wodoru metodą elektrolizy wody:
Anody tytanowe MMO irydowo-tantalowe są przygotowywane poprzez rozkład termiczny, z wykorzystaniem dwutlenku irydu (IrO₂) jako głównego składnika katalitycznego oraz pięciotlenku tantalu (Ta₂O₅) jako stabilizatora i spoiwa. Zawartość IrO₂ na poziomie 80–85% jest odpowiednia do zastosowań wymagających wyjątkowo wysokiej wydajności. Zawartość IrO₂ na poziomie 60–65% jest odpowiednia do zastosowań o dużej gęstości prądu, wysokiej temperaturze lub w środowisku silnie kwaśnym.
- Żywotność ≥ 50 000 godzin.
- Sprawność prądowa 95-98%.
- Grubość powłoki 8-20 μm.
- Gęstość prądu 1000A-5000A/m².
- Typowy stosunek molowy (IrO₂:Ta₂O₅ = 70:30).
- Nadpotencjał wydzielania tlenu ≤1.4 V (w porównaniu z SHE, 1 A/cm²).
- Elektroliza wody za pomocą membrany wymiany protonów (PEM).
- Elektroliza wody alkalicznej przy dużej gęstości prądu.
- Elektroliza wody pod wysokim napięciem do produkcji wodoru (30-80 bar).
- Elektroliza wody morskiej w celu produkcji wodoru.
Powłoka rutenowo-irydowa wykorzystuje dwutlenek rutenu (RuO₂) jako składnik katalityczny, dwutlenek irydu (IrO₂) w celu poprawy stabilności oraz dwutlenek tytanu (TiO₂) jako spoiwo i nośnik. IrO₂ zwiększa odporność na utlenianie i wydłuża żywotność, utrzymując wysoką aktywność katalityczną. Powłoka rutenowo-irydowo-tytanowa to klasyczna powłoka do elektrolizy wody alkalicznej w celu produkcji wodoru.
- Sprawność prądowa 92-96%.
- Grubość powłoki 8-20 μm.
- Gęstość prądu 1000A-4000A/m².
- Rezystywność powłoki ≤10⁻⁴Ω・cm
- Typowy stosunek molowy (RuO₂:IrO₂:TiO₂ = 60:20:20).
- Nadpotencjał wydzielania tlenu ≤1.35 V (w porównaniu z SHE, 1 A/cm²).
- Elektroliza wody alkalicznej (KOH/NaOH)
- Elektrolizer o niskiej do średniej gęstości prądu (0.2-0.8 A/cm²)
- Projekty produkcji wodoru na dużą skalę w przemyśle
- Elektroliza wody za pomocą membrany anionowymiennej (AEM)
Anody tytanowe pokryte platyną powstają poprzez nałożenie warstwy metalicznej platyny na powierzchnię podłoża tytanowego metodą galwaniczną lub bezprądową. Grubość warstwy wynosi zazwyczaj 0.5-10 μm. Platyna wykazuje wyjątkowo wysoką aktywność katalityczną zarówno w reakcji wydzielania wodoru (HER), jak i tlenu (OER). Wykazuje również dobrą stabilność zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym.
- Jednostka produkcyjna wodoru metodą elektrolizy wody na małą skalę
- Produkcja wodoru o wysokiej czystości (99.999% i więcej)
- Elektrolizery (np. ultraniskotemperaturowe, ultrawysokociśnieniowe)
- Zastosowania wymagające wyjątkowo wysokiej aktywności katalitycznej
Powłoki kompozytowe tlenkowe
Firma Wstitanium opracowała serię kompozytowych systemów powłok tlenkowych. Na przykład powłoka rutenowo-irydowo-cynowo-antymonowa (RuO₂-IrO₂-SnO₂-Sb₂O₅) charakteryzuje się wyjątkowo wysoką aktywnością katalityczną w zakresie wydzielania tlenu i dobrą stabilnością. SnO₂ poprawia przewodność i porowatość powłoki. W alkalicznej elektrolizie wody do produkcji wodoru, jej wydajność jest lepsza niż powłok rutenowo-irydowo-tytanowych, a jednocześnie jest porównywalna cenowo.
- Poprawiona aktywność elektrokatalityczna powłoki.
- Zwiększona wydajność reakcji.
- Bardziej stabilna struktura krystaliczna.
- Zwiększona odporność na korozję i dłuższa żywotność.
Porównanie anod tytanowych MMO
Aby ułatwić Państwu intuicyjny i precyzyjny wybór odpowiedniego systemu powłok, firma Wstitanium przygotowała szczegółowe porównanie kluczowych parametrów eksploatacyjnych pięciu głównych anod tytanowych MMO z powłoką. Wszystkie dane pochodzą z testów przeprowadzonych przez laboratorium Wstitanium, ściśle zgodnie z krajową normą GB/T 45092-2024 „Badania i ocena wydajności elektrod do produkcji wodoru poprzez elektrolizę wody”, a także z raportów z testów przeprowadzonych przez renomowane instytucje zewnętrzne.
Przesuń w lewo/prawo, aby zobaczyć całą tabelę
Struktura anody tytanowej MMO
Kształt i struktura anody tytanowej MMO to kluczowe czynniki wpływające na wydajność elektrolizera. Różne kształty zapewniają różną wydajność i powierzchnię właściwą, co przekłada się na różnorodność konstrukcji elektrolizerów. Firma Wstitanium posiada zaawansowane doświadczenie w obróbce tytanu i może dostosować anody tytanowe MMO o różnych kształtach i parametrach do struktury elektrolizera i wymagań technicznych klienta.
Anody płytkowe tytanowe
Anody tytanowe płytowe powstają z płyt tytanowych poprzez cięcie, spawanie, obróbkę powierzchniową i powlekanie. Charakteryzują się prostą konstrukcją i niskim kosztem.
- ASTM B 256 Gr1 lub Gr2
- Grubość: 0.5mm - 5.0mm
- Maksymalnie: 23000 mm × 1000 mm
- Zaciski przewodzące: φ6mm-φ20mm
- Elektrolizer alkaliczny typu filtra ciśnieniowego
- Przemysłowy elektrolizer wodoru
- Elektrolizer o niskiej gęstości prądu (≤0.6 A/cm²)
- Mały elektrolizer laboratoryjny
Siatkowa anoda tytanowa
Siatkowe anody tytanowe oferują takie zalety, jak duża powierzchnia właściwa, dobre odprowadzanie gazów i dobry przepływ elektrolitu. Są preferowanym kształtem anody.
- Grubość: 1-5mm
- Przysłona: 1–10 mm
- 2×2mm-10×10mm
- Średnica drutu: 0.5 mm-2.0 mm
- Elektrolizer alkaliczny
- Membrana wymiany protonów (PEM)
- Membrana anionowymienna (AEM)
- Wysoka gęstość prądu (>0.6 A/cm²)
Rurowe anody tytanowe
Rurowe anody tytanowe zapewniają 360-stopniowe, wielokierunkowe rozładowanie i doskonałe odprowadzanie ciepła, dzięki czemu nadają się do rurowych ogniw elektrolitycznych.
- Średnica: φ6mm - φ100mm
- Grubość ścianki: 0.5 mm - 3.0 mm
- Maksymalna długość: 6000 mm
- Grubość ścianki: 0.5 mm - 5 mm
- System produkcji wodoru z wody morskiej
- Elektrolizer o dużej gęstości mocy
- Wysokie wymagania dotyczące wyładowania gazu
- Elektrolizer wysokiego napięcia
Koszyk MMO Anoda tytanowa
- Pręty przewodzące: 10~30mm.
- Grubość: 0.5~2mm.
- Rozmiar oczek: 6mm×3mm - 16mm×8mm.
- Elektrolizer cylindryczny.
- Wysoka gęstość prądu.
- Bezpośrednia elektroliza wody morskiej.
- Wysokie ciśnienie, wysoka temperatura.
Pręt MMO anody tytanowe
- Średnica: 2mm - 30mm
- Maksymalna długość: 6 metrów
- Grubość powłoki: 5 ~ 20 μm
- Elektrolizer rurowy
- Aparat do elektrolizy laboratoryjnej
- Elektrolizer przepływowy spiralny
- Elektrolizer z wirującą elektrodą
Niestandardowe anody tytanowe MMO
- Tolerancja w granicach ±0.05 mm
- Niestandardowa powłoka MMO
- Niestandardowy kształt
- Odporny na fluor
- Elektrolizery specjalistyczne
- Mikroelektrolizatory
- Elektrolizery fotokatalityczne
- Elektrolizery elektrochemiczne
Wstitanium Custom Solutions
Wstitanium rozumie, że każdy projekt produkcji wodoru metodą elektrolizy wody ma swoje unikalne wymagania i warunki pracy. Dlatego Wstitanium oferuje spersonalizowane rozwiązania w zakresie anod tytanowych MMO. Nasze usługi obejmują cały proces, od projektowania formulacji powłoki i optymalizacji konstrukcji po produkcję, zapewniając idealne dopasowanie do Państwa systemu elektrolizera.
Gęstość prądu (>3A/cm²)
- Zwiększ grubość powłoki do 12-30μm
- Zoptymalizuj porowatość do 30-40%
- Poprawa przewodności powłoki
- Zwiększenie obciążenia metalami szlachetnymi
- Struktura powłoki gradientowej
Wysoka temperatura (>80℃)
- Elementy odporne na wysoką temperaturę (np. ZrO₂, HfO₂)
- Popraw gęstość powłoki
- Wielowarstwowa struktura gradientowa
Wysokie ciśnienie (>30 bar)
- Zwiększ gęstość powłoki
- Zwiększenie wytrzymałości mechanicznej
- Wzmocnij uszczelnienie
- Grubsze podłoże tytanowe
Długa żywotność (>80 000 godzin)
- Doładowanie metalami szlachetnymi 30-40%
- Wielowarstwowa struktura gradientowa
- Dodatek stabilizatorów i przeciwutleniaczy
- Optymalizacja mikrostruktury powłoki
Niskie wymagania kosztowe
- Wieloskładnikowa powłoka kompozytowa tlenkowa
- Lepsze wykorzystanie metali szlachetnych
- Skoncentrowane metale szlachetne na powierzchni
- Zoptymalizowana technologia produkcji
Wahania zasilania
- Poprawiona odporność na prąd wsteczny
- Dodano dodatki zwiększające odporność na prąd wsteczny
- Zoptymalizowana przewodność powłoki
- Grubsza powłoka
Przypadki projektowe
Anody tytanowe MMO firmy Wstitanium zostały z powodzeniem zastosowane w ponad 100 projektach produkcji wodoru metodą elektrolizy wody na całym świecie. Obejmują one procesy alkaliczne, PEM i AEM, od badań laboratoryjnych po przemysłową produkcję wodoru na dużą skalę.
1. Projekt „Źródło-Sieć-Obciążenie-Magazynowanie Wodoru” o mocy 80 MW
Projekt dysponuje łączną mocą zainstalowaną wynoszącą 2 miliony kilowatów, w tym 1.5 miliona kilowatów energii wiatrowej i 500 000 kilowatów energii fotowoltaicznej. Zostanie zbudowany system produkcji wodoru metodą elektrolizy wody o mocy 80 MW, który będzie wytwarzał 20 000 ton zielonego wodoru rocznie.
- Temperatura: 80 ℃
- Gęstość prądu: 0.4 A/cm²
- Elektrolizer: Elektrolizer alkaliczny z filtrem ciśnieniowym (30% elektrolit KOH)
- Ciśnienie: 1.6 MPa, Wymagana żywotność: ≥80 000 godzin
Roztwór tytanu
Powłoka: Powłoka z tlenku rutenu, irydu, cyny i antymonu (RuO₂:IrO₂:SnO₂:Sb₂O₅=55:15:20:10). Powłoka ta zapewnia wyższą aktywność katalityczną, lepszą odporność na prąd wsteczny i dłuższą żywotność. Nadaje się do zmiennych warunków zasilania w połączeniu z energią odnawialną. Kształt: 3-warstwowa struktura siatki (siatka diamentowa 2×4 mm, średnica drutu 1.0 mm). Produkcja: Ponad 2400 anod o dużych oczkach, o łącznej powierzchni reakcji przekraczającej 12 000 m². Wszystkie produkty zostały wyprodukowane w ciągu 30 dni.
Efekty
Napięcie elektrolizera było niższe niż 1.82 V, o 0.08 V niższe od średniej. Zużycie energii przez jednostkę produkcji wodoru ≤4.3 kWh/Nm³. Sprawność prądowa ≥96.5%. Wytrzymałość na trudne warunki pracy z wahaniami obciążenia od 30% do 110%. Szybkość zaniku napięcia wynosi zaledwie 0.012%/1000 godzin, co jest znacznie lepszym wynikiem niż w przypadku anod niklowych. W podobnych warunkach pracy anody niklowe charakteryzują się szybkością zaniku napięcia wynoszącą 0.035%/1000 godzin. Oczekiwana żywotność przekracza 90 000 godzin.
2. Elektroliza wody morskiej do produkcji wodoru
System produkcji wodoru metodą bezpośredniej elektrolizy wody morskiej z wykorzystaniem sprzężenia termicznego o mocy 110 kW. Celem tego systemu jest opracowanie wysoce wydajnej, stabilnej i taniej technologii produkcji wodoru metodą bezpośredniej elektrolizy wody morskiej, rozwiązując problem tradycyjnej produkcji wodoru metodą elektrolizy wody, opartej na zasobach wody słodkiej.
- pH = 8.2
- Temperatura: 60 ℃
- Wydzielanie tlenu ≥95%
- Gęstość prądu: 0.3 A/cm²
- Woda morska (zawierająca około 3.5% jonów chlorkowych)
Roztwór tytanu
Powłoka: Powłoka z tlenku irydu, tantalu i cyny (IrO₂:Ta₂O₅:SnO₂=60:25:15). Powłoka ta charakteryzuje się wyjątkowo wysoką odpornością na korozję jonową chlorków i wysoką selektywnością wydzielania tlenu, skutecznie zapobiegając reakcji ubocznej wydzielania chloru. Kształt: Anoda rurowa (średnica zewnętrzna φ20 mm, grubość ścianki 1.5 mm, długość 1000 mm). W ściance rury wywiercono okrągłe otwory o średnicy φ3 mm, w odstępach 10 mm.
Efekty
Selektywność wydzielania tlenu ≥96%, skutecznie tłumiąca reakcję ubocznych wydzielania chlorków. Produkcja chloru poniżej 10 ppm. Napięcie ogniwa jest stabilne poniżej 1.90 V, a zużycie energii przez jednostkę produkcji wodoru wynosi ≤4.5 kWh/Nm³. Szybkość zaniku napięcia wynosi 0.02%/1000 godzin. Anoda pracowała stabilnie i nieprzerwanie w wodzie morskiej przez ponad 5000 godzin bez znaczącej korozji ani pogorszenia wydajności.
3. Projekt produkcji wodoru metodą elektrolizy PEM o mocy 20 MW
Instalacja elektrolizy PEM o mocy 20 MW do produkcji wodoru, o dziennej wydajności 2000 kg wodoru. Czystość wodoru ≥99.999%.
- Elektrolizer z membraną wymiany protonów (PEM)
- Gęstość prądu: 2.0 A/cm²
- Temperatura: 70 ℃
- Ciśnienie: 3.0 MPa
- Oczekiwana żywotność: ≥50 000 godzin
Roztwór tytanu
System powłokowy: Powłoka z tlenku irydu i tantalu (IrO₂:Ta₂O₅=70:30). Wielowarstwowa struktura gradientowa zapewniająca wyjątkowo wysoką odporność na kwasy i stabilność. Kształt: Porowata anoda tytanowa (spieniona matryca tytanowa, porowatość 60%, wielkość porów 100 μm, grubość 2 mm).
Efekty
Napięcie ogniwa ustabilizowane poniżej 1.72 V. Zużycie energii przez jednostkę produkcji wodoru ≤4.7 kWh/Nm³. Czystość wodoru ≥99.999%. Stabilna praca przez ponad 12 miesięcy przy spadku wydajności poniżej 2%. Przewidywana żywotność do 60 000 godzin.
4. Elektroliza AEM do produkcji wodoru
Elektroliza AEM do produkcji wodoru łączy zalety elektrolizerów alkalicznych i elektrolizerów PEM. Charakteryzuje się niskim kosztem, wysoką wydajnością i szybkim czasem reakcji. Stanowi ona ważny kierunek rozwoju technologii produkcji wodoru metodą elektrolizy wody.
- Elektrolizer z membraną wymiany anionów (AEM)
- Gęstość prądu roboczego: 1.0 A/cm²
- Temperatura pracy: 60 ℃
- Elektrolit: 1M roztwór KOH
Roztwór tytanu
Dostarczyliśmy próbki różnych systemów powłokowych do testów, w tym powłok rutenowo-irydowo-tytanowych, irydowo-tantalowych, irydowo-tantalowo-cynowych oraz wieloskładnikowych kompozytowych powłok tlenkowych. Zaoferowaliśmy próbki anod o różnych kształtach, w tym płytkowe, siatkowe i porowato-tytanowe, a także próbki o różnych rozmiarach oczek i porowatościach.
Efekty
Nadpotencjał wydzielania tlenu w wieloskładnikowej kompozytowej powłoce tlenkowej ≤1.38 V (1 A/cm², 60°C). Wydajność prądowa ≥96%. W porównaniu z tradycyjnymi powłokami rutenowo-irydowo-tytanowymi, ilość użytych metali szlachetnych jest mniejsza o 30%, co znacznie obniża koszt elektrolizerów AEM.
5. Elektroliza wody alkalicznej o mocy 100 MW do produkcji wodoru
Instalacja do produkcji wodoru poprzez elektrolizę wody alkalicznej o mocy 100 MW i rocznej wydajności 25 000 ton zielonego wodoru.
- Elektrolizer alkaliczny (30% elektrolit KOH)
- Gęstość prądu: 0.6 A/cm²
- Temperatura: 85 ℃
- Ciśnienie: 2.0 MPa
- Żywotność: ≥100 000 godzin
Roztwór tytanu
Powłoka: Powłoka z tlenku rutenu i irydu tytanu (RuO₂:IrO₂:TiO₂=50:30:20). Powłoka ta charakteryzuje się doskonałą aktywnością katalityczną i wyjątkowo wysoką stabilnością. Jest szczególnie odpowiednia do zastosowań wymagających długiej żywotności w projektach przemysłowej produkcji wodoru na dużą skalę. Dwuwarstwowa struktura siatki (siatka diamentowa 3×6 mm, średnica drutu 1.2 mm). Miedziane pręty przewodzące zmniejszają rezystancję styku.
Efekty
Projekt jest obecnie w trakcie realizacji. Wstitanium zakończyło produkcję i dostawę pierwszej partii produktów. Jakość produktu została wysoko oceniona przez klienta. Napięcie elektrolizera zostanie ustabilizowane poniżej 1.85 V. Zużycie energii elektrycznej podczas produkcji wodoru wynosi ≤4.4 kWh/Nm³.
FAQ
Tytanowa anoda MMO pełni funkcję anody, uczestnicząc w reakcji wydzielania tlenu (OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. Katalizuje OER, zmniejszając nadpotencjał i zużycie energii. Przewodzi również prąd, zapewniając równomierny rozkład prądu. Ponadto jest odporna na korozję elektrochemiczną podczas elektrolizy.
Produkty Wstitanium spełniają szereg międzynarodowych norm i wymogów certyfikacyjnych, w tym:
Certyfikat Systemu Zarządzania Jakością ISO 9001:2015
Certyfikat Systemu Zarządzania Bezpieczeństwem i Higieną Pracy ISO 45001
Certyfikat RoHS
Certyfikacja REACH
Certyfikat CE.
Jony fluorkowe są „zabójcami” anod tytanowych MMO. Niszczą warstwę pasywacyjną na powierzchni podłoża tytanowego, powodując korozję wżerową i ostatecznie uszkodzenie anody. Nawet śladowe ilości jonów fluorkowych (>1 ppm) mogą spowodować poważne uszkodzenie anody.
Należy ściśle kontrolować czystość elektrolitu, aby zapobiec wprowadzeniu zanieczyszczeń fluorkowych.
Do przygotowania elektrolitu należy używać wody dejonizowanej.
Wybierz system powłok o lepszej odporności na fluor.
Zmniejsz gęstość prądu roboczego i temperaturę.
Regularnie kontroluj zawartość jonów fluorkowych w elektrolicie.
Przed ogniwem elektrolitycznym należy zainstalować urządzenie usuwające fluor.
