Miksi puhdasta nikkelilevyä käytetään laajalti H4-vedyssä

Vedyn tuotannossa käytettävä alkalinen vesielektrolyysi käyttää elektrolyyttinä noin 30 % KOH-liuosta. Käyttölämpötila on yleensä 70 ja 90 asteen välillä, ja joissakin kehittyneissä tankeissa jopa yli 120 astetta. Tässä korkeassa lämpötilassa, korkeassa konsentraatiossa ja voimakkaassa alkalisessa ympäristössä useimmat metallit kärsivät vakavasta korroosiosta: hiiliteräksessä tapahtuu tasaista korroosiota ja pistekorroosiota muutamassa tunnissa. Vaikka ruostumattomalla teräksellä on tietty korroosionkestävyys, sen -pitkäaikainen stabiilisuus emäksisessä liuoksessa on paljon pienempi kuin nikkelin. Puhtaan nikkelin alkalikorroosionkestävyys johtuu tiiviin ja vakaan NiO/Ni(OH)2-passivointikalvon spontaanista muodostumisesta sen pinnalle. Tämä kalvo on lähes liukenematon emäksiseen väliaineeseen, ja sillä on itse{10}}korjautumiskyky -, vaikka se olisi mekaanisesti naarmuuntunut, se voidaan nopeasti regeneroida alkaliliuoksessa. Kokeelliset tiedot osoittavat, että puhtaan nikkelin korroosionopeus kiehuvassa 50-prosenttisessa natriumhydroksidiliuoksessa on vain 0,01-0,02 mm/vuosi, mikä tarkoittaa, että 2 mm:n paksuista nikkelilevyä voidaan käyttää vuosikymmeniä ilman vikaa normaaleissa työoloissa. Juuri tämä "kemiallinen este" tekee puhtaasta nikkelistä ainoan pitkäaikaisen luotettavan vaihtoehdon avainosille, kuten levyille, elektrodialustoille ja alkalisten elektrolyyttikennojen liittimille.

Elektrolyyttisen vedyn tuotannon ydin on sähköenergian muuntaminen kemialliseksi energiaksi, ja virrankulutus on käyttökustannusten ydin. Puhtaan nikkelin ominaisvastus on vain 6,99×10⁻⁸ Ω·m (20 astetta), mikä on hieman pienempi kuin kuparin, mutta paljon parempi kuin raudan (noin 1,0×10⁻⁷ Ω·m) ja ruostumattoman teräksen (noin 7,0×10⁻⁷ Ω·m). Elektrodilevynä puhdas nikkeli voi tehokkaasti vähentää ohmista polarisaatiota ja vähentää tehotonta lämmitystä, mikä parantaa virran hyötysuhdetta ja vedyn tuotantoa tehonkulutusyksikköä kohti. Samaan aikaan puhtaan nikkelin lämmönjohtavuus (noin 90 W/(m·K)) on noin kolme kertaa ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuus, mikä edistää tasaista lämmön johtumista ja hajoamista elektrolyyttikennon sisällä, mikä estää paikallista ylikuumenemista aiheuttamasta kalvomateriaalin hajoamista tai alkaliliuoksen nopeaa haihtumista. Suurissa-H4-projekteissa yhden elektrolyysilaitteen teho voi nousta useisiin megawatteihin. Vaikka resistiivisessä on vain pieni ero, kumulatiivinen ero energiankulutuksessa on huomattava - puhdasta nikkelielektrodeja käytettäessä verrattuna nikkelipinnoitettuihin hiiliteräselektrodeihin-, mikä voi säästää 5–8 % sähkökustannuksissa koko elinkaaren aikana. Tämä on taloustili, jota projektisijoittajat pitävät erittäin tärkeänä.

H4-projektit vaativat usein yhden kennon vedyn tuotantokapasiteetin saavuttaakseen 1000 Nm³/h tai jopa korkeamman nopeuden, mikä edellyttää, että levyn halkaisija on yli 1,8 metriä ja elektrodirakenne on monimutkainen -, tiheät kiertoreiät, ulkonemat ja virtauskanavat on lävistettävä elektrolyytin jakautumisen ja kaasun kehittymisen optimoimiseksi. Puhtaalla nikkelillä on pinta--keskitetty kuutiohilarakenne, erinomainen plastisuus ja 30–40 prosentin venymä. Se kestää kylmää muodonmuutoskäsittelyä, kuten syvävetoa, venytystä ja taivutusta halkeilematta. Puhtaista nikkeliharkista sulatukseen, kuumavalssaukseen ja kylmävalssaukseen 0,2 mm:n ultra-ohuiksi leveiksi nauhoiksi (leveys jopa 1250 mm) ne meistetään ja muotoillaan yhdellä kertaa erityisen muotin läpi, jolloin saadaan kiinteä nikkelilevy, jonka ulkohalkaisija on lähes 2 metriä.

Verrattuna varhaiseen pienimuotoiseen -nikkelilevyjen liitosmenetelmään tämä meistoprosessi vähentää hitsien määrää yli 30 %, mikä paitsi parantaa rakenteellista lujuutta, myös eliminoi komponenttien irtoamisen ja hitsausten jäännösjännityksen aiheuttaman ensisijaisen korroosion riskin, mikä parantaa huomattavasti laitteiston luotettavuutta ja yhtenäisyyttä. Lisäksi puhdasta nikkeliä voidaan helposti hitsata tai sintrata komposiittielektrodimateriaaleilla, kuten nikkeliverkolla ja nikkelivaahdolla, jolloin muodostuu "substraatti + katalyyttinen kerros" integroitu elektrodi, mikä optimoi kaasu-nestemäisen kaksivaiheisen{5}}virtauksen.