Mengapa plat nikel tulen digunakan secara meluas dalam hidrogen H4

Elektrolisis air alkali untuk pengeluaran hidrogen menggunakan kira-kira 30% larutan KOH sebagai elektrolit. Suhu operasi biasanya antara 70 dan 90 darjah, dan beberapa tangki termaju malah mencecah melebihi 120 darjah. Dalam persekitaran suhu tinggi, kepekatan tinggi dan alkali yang kuat ini, kebanyakan logam akan mengalami kakisan yang teruk: kakisan seragam dan kakisan pitting akan berlaku pada keluli karbon dalam masa beberapa jam. Walaupun keluli tahan karat mempunyai rintangan kakisan tertentu,-kestabilan jangka panjangnya dalam larutan alkali adalah jauh lebih rendah daripada nikel. Rintangan kakisan alkali nikel tulen berasal daripada pembentukan spontan filem pempasifan NiO/Ni(OH)₂ yang padat dan stabil pada permukaannya. Filem ini hampir tidak larut dalam media beralkali dan mempunyai{10}}keupayaan penyembuhan sendiri - walaupun ia dicalar secara mekanikal, ia boleh dijana semula dengan cepat dalam larutan alkali. Data eksperimen menunjukkan bahawa kadar kakisan nikel tulen dalam larutan soda kaustik mendidih 50% hanya 0.01~0.02 mm/tahun, yang bermaksud bahawa plat nikel dengan ketebalan 2 mm boleh digunakan selama beberapa dekad tanpa kegagalan dalam keadaan kerja biasa. Sifat "penghalang kimia" inilah yang menjadikan nikel tulen satu-satunya pilihan{18}}yang boleh dipercayai jangka panjang untuk bahagian penting seperti plat, substrat elektrod dan penyambung dalam sel elektrolitik beralkali.

Intipati pengeluaran hidrogen elektrolitik adalah untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga kimia, dan penggunaan kuasa adalah teras kos operasi. Kerintangan nikel tulen hanya 6.99×10⁻⁸ Ω·m (20 darjah ), yang lebih rendah sedikit daripada kuprum tetapi jauh lebih baik daripada besi (kira-kira 1.0×10⁻⁷ Ω·m) dan keluli tahan karat (kira-kira 7.0×10⁻⁷ Ω·m). Sebagai plat elektrod, nikel tulen boleh mengurangkan polarisasi ohmik dengan berkesan dan mengurangkan pemanasan yang tidak berkesan, dengan itu meningkatkan kecekapan semasa dan pengeluaran hidrogen per unit penggunaan kuasa. Pada masa yang sama, kekonduksian terma nikel tulen (kira-kira 90 W/(m·K)) adalah kira-kira tiga kali ganda daripada keluli tahan karat, yang memberi manfaat kepada pengaliran seragam dan pelesapan haba di dalam sel elektrolitik, menghalang pemanasan terlampau tempatan daripada menyebabkan degradasi bahan membran atau penyejatan cepat larutan alkali. Dalam projek-skala besar H4, kuasa satu elektroliser boleh mencapai beberapa megawatt. Walaupun hanya terdapat sedikit perbezaan dalam kerintangan, perbezaan kumulatif dalam penggunaan tenaga adalah besar - menggunakan elektrod nikel tulen berbanding dengan nikel-elektrod keluli karbon bersalut boleh menjimatkan 5% hingga 8% daripada perbelanjaan elektrik sepanjang keseluruhan kitaran hayat. Ini adalah akaun ekonomi yang sangat diutamakan oleh pelabur projek.

Projek H4 selalunya memerlukan kapasiti pengeluaran hidrogen bagi satu sel untuk mencapai 1000 Nm³/j atau lebih tinggi, yang memerlukan diameter plat melebihi 1.8 meter dan struktur elektrod menjadi kompleks - lubang lencongan padat, protrusi dan saluran aliran perlu ditebuk keluar untuk mengoptimumkan pengagihan elektrolit dan evolusi gas. Nikel tulen mempunyai-struktur kekisi kubik berpusat muka, keplastikan yang sangat baik dan kadar pemanjangan 30% hingga 40%. Ia boleh menahan pemprosesan ubah bentuk sejuk seperti lukisan dalam, regangan, dan lenturan tanpa retak. Daripada jongkong nikel tulen kepada peleburan, gulung panas dan gulung sejuk kepada jalur lebar ultra-nipis 0.2mm (lebar sehingga 1250mm), ia kemudiannya dicop dan dibentuk dalam sekali melalui acuan khas untuk menyediakan plat nikel integral dengan diameter luar hampir 2 meter.

Berbanding dengan kaedah penyambungan plat nikel-kecil format awal, proses pengecapan keseluruhan ini mengurangkan bilangan kimpalan sebanyak lebih daripada 30%, yang bukan sahaja meningkatkan kekuatan struktur tetapi juga menghapuskan risiko kakisan keutamaan yang disebabkan oleh pengasingan komponen dan tegasan baki pada kimpalan, meningkatkan kebolehpercayaan dan ketekalan peralatan. Selain itu, nikel tulen boleh dikimpal atau disinter dengan mudah dengan bahan elektrod komposit seperti jejaring nikel dan buih nikel untuk membentuk elektrod bersepadu "substrat + lapisan pemangkin", mengoptimumkan lagi aliran gas-dua-fasa.