Dichtungen, Schlüsselmaterialien für die alkalische Wasserstoffproduktion

Dichtungen sind eines der Schlüsselmaterialien von alkalischer Elektrolyseur. Als Hauptbestandteil der Elektrolyseur-Abdichtung bestimmt die Qualität der Abdichtung maßgeblich die Qualität der Abdichtungs- und Isolationsleistung der Elektrolyseur-Kammer und wirkt sich direkt auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit des gesamten Wasserstoffproduktionssystems der alkalischen Wasserelektrolyse aus.

1. Funktion der Dichtung

(1) Dichtungsfunktion

Der Betriebsdruck herkömmlicher alkalischer Druckelektrolyseure beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 1,6 MPa. Der Elektrolyseur nimmt im Allgemeinen eine Filterpressenstruktur an. Das Dichtungssystem ist eine Flachdichtung. Die Sperrwasserleitung wird am Rand des Plattenrahmens geöffnet und die Leistung des modifizierten Dichtungsmaterials wird genutzt, um die Abdichtung des gesamten Elektrolyseurs sicherzustellen. Das im Elektrolyseur strömende Medium umfasst den zirkulierenden Elektrolyten sowie den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff. Die Funktion der Dichtung besteht darin, zu verhindern, dass Elektrolytlösung, Wasserstoff und Sauerstoff unter den Betriebsbedingungen 30 % KOH-Lösung, 90 °C und 1,6 MPa aus dem Elektrolyseur austreten.

(2) Isolationsfunktion

Neben der Dichtleistung muss die Dichtung auch eine Isolationsleistung aufweisen, um die Isolierung zwischen den beiden Polrahmen der Elektrolysekammer sicherzustellen und Kurzschlüsse innerhalb der Kammer zu vermeiden.

2. Die Struktur der Dichtung und ihre Position in der Elektrolysezelle

Die Dichtung hat die Form eines Rings. In die Dichtung müssen Löcher gebohrt werden, um Platz für den Elektrolytfluss innerhalb der Elektrolysezelle zu schaffen. Gleichzeitig müssen die Positionierungslöcher der Dichtung bearbeitet werden, um den Einbau der Dichtung zu erleichtern.

In einer Elektrolysezellenkammer gibt es nur eine Dichtung, die zwischen der Platte und dem Diaphragma im Anodenbereich platziert wird. Die Außenkante der Dichtung stimmt mit der Außenkante des Polrahmens überein, und die Position des Innenrings und der Kante übersteigt im Allgemeinen die Kante der Membran um etwa 10 mm. Daher umfasst die Breite der Dichtung die Breite der Dichtung, die die Dichtungswasserlinie überlappt, die Breite des Strömungskanallochs in der Dichtung und die Breite der Überlappung zwischen der Dichtung und der Membran.

3. Das Material der Dichtung

Da die Dichtung eine isolierende Rolle spielen muss, wird die Leistung hauptsächlich durch Modifizierung des isolierenden Dichtungsmaterials verbessert. Modifizierte Fluorkunststoffe sind eine Art Dichtungsmaterial, das in der alkalischen Wasserelektrolyse intensiver und tiefer untersucht wurde. Gegenwärtig sind die meisten Dichtungsmaterialien für die alkalische Wasserelektrolyse im Haushalt Kohlenstofffasern, Molybdändisulfid usw. als verstärkende Füllstoffe, gefüllt mit Polytetrafluorethylen, die durch Formen und Sintern erhalten werden. Die derzeit verwendeten Dichtungsmaterialien neigen immer noch dazu, bei hohen Temperaturen und hohem Druck kalt zu fließen und zu kriechen und alkalische Elektrolysezellen zeitweise abzuschalten, was zu Zelllecks führt, was sich auf die Lebensdauer der Elektrolysezelle auswirkt.

Bei der Untersuchung der Leistung von Dichtungsmaterialien untersuchen wir im Allgemeinen drei Hauptparameter: Vickers-Härte, Kompressionsrückprallleistung und Kriechrelaxationsleistung.

Vickers-Härte: Die Härte ist einer der umfassenden Leistungsindikatoren, der sich aus einer Reihe mechanischer Eigenschaften wie Elastizität, Plastizität und Zähigkeit von Dichtungsmaterialien zusammensetzt. Es kann die Fähigkeit der Dichtungsmaterialoberfläche messen, mechanischem Druck zu widerstehen, und in gewissem Maße auch den Grad der Bindung zwischen dem Verstärkungsfüllstoff und dem Polytetrafluorethylenkörper charakterisieren. Die Härte des Dichtungsmaterials kann die Widerstandsfähigkeit der Materialoberfläche gegen mechanischen Druck bis zu einem gewissen Grad erhöhen und ist ein wirksames Mittel zur Erhöhung der Druckfestigkeit des Materials.

Kompressionselastizität: Die Kompressionselastizität spiegelt die elastische oder plastische Verformung des Dichtungsmaterials wider, füllt die Defekte auf der Dichtungsoberfläche und führt einen elastischen Ausgleich durch, um die Dichtungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Es ist ein wichtiger Indikator zur Messung der Leistung des Dichtungsmaterials.

Kriechrelaxationsleistung: Die Kriechrelaxationsleistung ist eine der wichtigsten Eigenschaften zur Charakterisierung des Dichtungsmaterials und spiegelt die Fähigkeit des Dichtungsmaterials wider, Spannungsrelaxation und Verformung zu widerstehen. Bei modifizierten PTFE-Dichtungen ist die Kriechrelaxation die Hauptursache für Undichtigkeiten im Bolzenflanschsystem während der Lebensdauer und spielt eine entscheidende Rolle für die Dichtfähigkeit der Verbindungsfläche und die Lebensdauer der Dichtung. Im Allgemeinen gilt: Je kleiner die Kriechrelaxationsrate, desto größer ist die Restdruckbelastung und desto besser ist die langfristige Dichtungsleistung.

4. Herstellungsprozess der Dichtung

Derzeit basiert der Herstellungsprozess von Dichtungen im Allgemeinen auf Kohlefasern, Polyphenylensulfid (PPS) und Molybdändisulfid (MoS2) als verstärkenden Füllstoffen und wird im Formkompressionssinterverfahren hergestellt.

Das vorbehandelte Polytetrafluorethylen (PTFE) und der gemischte Füllstoff werden entsprechend dem Verhältnis abgewogen, zum Mischen in einen Hochgeschwindigkeitsmischer mit Kühlwasser gegossen, und dann wird die Mischung in eine Form gegeben und durch eine Tablettenpresse geformt. Nach dem Entformen erhält man eine 3 mm dicke vorgeformte Probe. Die vorgeformte Probe wird nach einem bestimmten Verfahren in einem kastenförmigen Widerstandsofen gesintert und abgekühlt, um eine fertige Dichtung zu erhalten.