?

توضع شبكة من النيكل المنسوج في خلية التحليل الكهربائي للقيام بثلاث وظائف في وقت واحد، وتتبع قرارات المواصفات من أي من الثلاثة هو الملزم في تصميم خلية معينة. تحمل الشبكة سطح القطب الكهربائي الذي تحدث عليه تفاعلات الهيدروجين والأكسجين، وتوزع التيار من القضيب إلى المنطقة النشطة، وتوفر للغاز سطحًا للمغادرة منه حتى يصل الإلكتروليت إلى المعدن الموجود تحته.

النيكل هو مادة القطب الكهربائي القياسية للتحليل الكهربائي للماء القلوي، والسبب منشور وليس ترويجيًا. يستخدم هيدروكسيد البوتاسيوم كإلكتروليت بالضبط لأنه يتجنب فقدان التآكل الذي يسببه الإلكتروليت الحمضي، ويتم اختيار النيكل كمادة للقطب الكهربائي لنشاطه العالي وتوافره وتكلفته. هذه الكلمات الثلاث تصف قرار المادة، وهي تحدد أيضًا حدودها: العائلة التي يخدمها النيكل هي العائلة القلوية.

ما يلي هو محتوى المادة والهندسة الذي ينتمي إلى عرض أسعار شبكة. أي درجة تحددها نسبة نقاء، وكيف يجمع عدد الشبكة وقطر السلك معًا، وأي من النطاقات المنشورة يمكن نسجها معًا، ونطاق التشغيل الذي يجب أن تتحمله الشبكة، وتقنيات التحليل الكهربائي التي تخدمها، والمعالجة السطحية التي تنتمي إلى قطب كهربائي بخلاف جزء يتم حمايته من التآكل.

ما تفعله الشبكة في الخلية

يقسم التحليل المنشور لخسائر الخلية مقاومة الخلية القلوية إلى مجموعة كهربائية، ومجموعة نقل، ومجموعة تفاعل، ومن المفيد وضع الشبكة مقابل هذه القائمة قبل اختيار عدد الشبكة. تمر الخسائر عبر الدائرة الخارجية وتوصيلاتها، والجهد الزائد لتفاعل تطور الأكسجين عند الأنود، وتغطية الأنود بفقاعات الأكسجين، ونقل الأيونات عبر الإلكتروليت، ومقاومة الحاجز أو الغشاء، وتغطية الكاثود بفقاعات الهيدروجين، والجهد الزائد لتفاعل تطور الهيدروجين عند الكاثود. لا تظهر المقاومة الكتلية لمعدن القطب الكهربائي نفسه كمصطلح خاص به، لأنه في شبكة معدنية بهذا المقطع العرضي يكون صغيرًا مقارنة بمصطلحات التفاعل والفقاعات.

هذه القائمة تغير الغرض من مواصفات الشبكة. يتم اختيار الشبكة لما تفعله للمصطلحات المحيطة بها، وليس لموصلتها الخاصة.

لماذا النيكل، وأين يتوقف عن العمل

يوصف النيكل النقي تجاريًا في نشرته المادية بأنه لا مثيل له في مقاومة القلويات الكاوية، وهي الخاصية التي تعتمد عليها الخلية القلوية، وتشير نفس النشرة إلى أن خدمة القلويات هي إحدى التطبيقات المبنية على تلك المقاومة. لذلك تعمل الشبكة في عائلة الإلكتروليت الوحيدة التي تناسبها، ويتم اختيار الإلكتروليت جزئيًا لنفس السبب. هذا هو أساس الاختيار وهو أيضًا حدوده: الخلية التي يكون إلكتروليتها حمضيًا ليست خلية نيكل.

ومع ذلك، فإن المادة ليست خالية من الصيانة، والآلية المنشورة محددة. يُبلغ عن تعطيل أقطاب النيكل، والآلية المحددة لهذا التعطيل هي تكوين طور هيدريد النيكل على سطح القطب الكهربائي تحت تركيز عالٍ من الهيدروجين. العلاج المنشور هو طلاء: طلاء الحديد يمنع تكوين طور الهيدريد وبالتالي يمنع التعطيل. يُبلغ عن أن أنواع الفاناديوم المذابة تنشط أقطاب النيكل الكاثودية في الوسائط القلوية أيضًا.

حقيقتان منشورات إضافيتان تقرران ما إذا كانت الشبكة غير المطلية كافية. يوصف تطور الأكسجين بأنه أكثر صعوبة في الاختزال من تطور الهيدروجين، لأن آليته أكثر تعقيدًا وأقل قابلية للانعكاس. وتوصف ممارسة تصميم الأقطاب الكهربائية في الأدبيات بأنها تتضمن دائمًا إضافة أو طلاء طبقة أكثر استقرارًا ونشاطًا، لأن القطب الكهربائي هو محفز بالإضافة إلى موصل. الانتشار المقاس واسع. في 28٪ هيدروكسيد البوتاسيوم عند 80 درجة مئوية، يُبلغ عن مركب نيكل-حديد-زنك منشط عند جهد زائد للأكسجين قريب من 100 مللي فولت مقارنة بحوالي 400 مللي فولت للفولاذ المعتدل، ويُبلغ عن مواد أقطاب كهربائية أخرى منشورة عند 70 مللي فولت لترسيب نيكل-كبريت-كوبالت عند 1500 أمبير/متر مربع في 28٪ وزناً هيدروكسيد الصوديوم، و 185 مللي فولت لترسيب مشترك نيكل-موليبدينوم عند 3000 أمبير/متر مربع في 6 مول هيدروكسيد البوتاسيوم.

القراءة العملية هي أن شبكة النيكل غير المطلية تعمل وهي خط الأساس، وأن الادعاء بأفضل كفاءة ينتمي إلى قطب كهربائي مطلي أو منشط وليس إلى المعدن العاري. عرض أسعار للشبكة العارية وعرض أسعار لقطب كهربائي منشط هما منتجان مختلفان.

الدرجة وراء رقم النقاء

يتم بيع النيكل عالي النقاء تحت وصف تجاري واحد ومواصفاتين، واستعلام الشبكة الذي يحمل نسبة مئوية فقط يترك الخيار مفتوحًا. يوصف النيكل المطروق من هذه الفئة في نشرته بأنه نقي تجاريًا، بنسبة 99.6٪، والمواصفات التي يباع بها تحدد حدًا أدنى قدره 99.0٪ للنيكل بالإضافة إلى الكوبالت، مع الرصيد المتبقي من الشوائب المتحكم فيها. الرقم الشائع 99.6٪ هو نقاء تجاري اسمي وليس حدًا أدنى للمواصفات، والعنصر الذي يفصل بين الدرجتين هو الكربون.

التأثير على الشبكة يكمن في مسار التصنيع وليس في الخلية. تعمل خلية التحليل الكهربائي أقل بكثير من 315 درجة مئوية، لذا فإن أي درجة تتحمل الخدمة. التلدين بعد النسج هو الخطوة التي تقرر، لأن التلدين عند نطاق الرسم البياني أو رحلة الفرن إليه هو ما تحميه الدرجة منخفضة الكربون. طلب الشبكة الذي يذكر 99.6٪ ولا شيء آخر لم يذكر أي درجة سيتم تسليمها، والشبكة التي سيتم تلدينها باللون الساطع يجب أن تحمل الدرجة التي تتحمل التلدين.

الثوابت التي تهم في الخلية

الثوابت الفيزيائية المنشورة للدرجات المطروقة معطاة أدناه. صف المقاومة الكهربائية هو الصف الذي يحتاج إلى عناية، ويتم التعامل معه بشكل منفصل بعد الجدول.

رقم المقاومة الذي يتم تداوله للنيكل النقي، 6.99 أوم سنتيمتر ميكرو عند 20 درجة مئوية، هو قيمة مرجعية للنيكل المعدني عالي النقاء وليس الرقم المنشور للدرجة المطروقة. رقم النشرة للدرجة هو 0.096 أوم متر ميكرو، وهو 9.6 أوم سنتيمتر ميكرو، وهو أعلى بما يقرب من الثلث، وهذا هو ثمن الشوائب المتحكم فيها. اتجاه التصحيح لا يمدح المادة، والجزء الثاني منه هو ما يحتاجه مصمم الخلية: تزداد المقاومة مع درجة الحرارة، من 0.096 أوم متر ميكرو عند 20 درجة مئوية إلى 0.130 عند 100 درجة مئوية، لذا فإن القيمة التي يجب استخدامها هي القيمة عند درجة حرارة التشغيل وليس القيمة عند درجة حرارة الغرفة.

هندسة الشبكة، وأي النطاقات يمكن نسجها معًا

ثلاثة أرقام تحدد شبكة منسوجة واثنان فقط منها مستقلان. عدد الشبكة هو عدد الفتحات في بوصة خطية واحدة. المسافة هي المسافة بين مراكز سلكين متجاورين، وهي 25.4 مقسومة على عدد الشبكة بالمليمتر. قطر السلك هو ما يقاس به السلك. الفتحة تنبع من الاثنين الآخرين، كالمسافة ناقص قطر السلك، والمساحة المفتوحة تنبع من الفتحة والمسافة، كمربع نسبة بينهما. لذلك، يحتاج عرض الأسعار فقط إلى عدد الشبكة وقطر السلك، ويمكن حساب كل شيء آخر، وهذا أيضًا كيف يمكن للمشتري التحقق من عرض أسعار تلقاه.

اقرأ الجدول لأسفل وتنفصل النطاقات المنشورة في الطرف العلوي. الصف الأخير هو الحالة التي لا تعمل: عند 200 شبكة، تكون المسافة 0.127 مم، لذا فإن أدق سلك في نطاق القطر المنشور يترك فتحة 0.027 مم ومساحة مفتوحة 4.5٪، وهي جزء صغير من الحد الأدنى 30٪ في نفس جدول المواصفات. لا يمكن تسليم شبكة معروضة بسعر 200 شبكة بمساحة مفتوحة من 30 إلى 65٪ بغض النظر عن السلك المستخدم، لأن حتى أصغر سلك منشور يستهلك 79٪ من المسافة. تصف النطاقات المنشورة الثلاثة عائلة من المنتجات وليس قائمة مجانية، ويجب التحقق من التركيبة مقابل الهندسة قبل عرض سعرها.

نوع النسيج مهم لنفس السبب. يربط النسيج العادي سلكًا واحدًا فوق وسلكًا واحدًا تحت، مما يعطي فتحة دائرية والمساحات المفتوحة في الجدول أعلاه. يمر نسيج التويل السلك فوق سلكين وتحت سلكين، مما يسمح بسلك أثقل بنفس العدد وينتج قماشًا أكثر كثافة، ويستخدم النسيج الهولندي أقطارًا مختلفة في اتجاهين وينتج قماشًا أقرب إلى المرشح منه إلى الشاشة. المعدن الموسع هو هندسة مختلفة مرة أخرى: يتم إنتاجه عن طريق شق ورقة وتمديدها، لذلك لا يحتوي على سلك متشابك، ويتم تحديد مساحته المفتوحة بنمط الشق وليس بقطر السلك، ولا يتم تحديد عدد شبكته بنفس الطريقة. المواصفات التي تقدم شبكة سلكية منسوجة وشبكة معدنية موسعة كسطر واحد قد ضغطت منتجين مختلفين في منتج واحد، ويجب عرض أسعارهما وفحصهما بمقاييس مختلفة.

ما يفعله تحمل عدد الشبكة بالفتحة

يحمل عدد الشبكة تحملًا، ويتم تطبيق التحمل بشكل منفصل في اتجاهي النسيج. القيم المنشورة في مواصفات قماش الأسلاك المنسوجة هي زائد أو ناقص 2٪ في اتجاه السدى للقماش الخشن أكثر من 30 شبكة، مع اتجاه اللحمة عند زائد أو ناقص 5٪، ثم زائد أو ناقص 2٪ في السدى مع زائد أو ناقص 4٪ في اللحمة للقماش فوق 30 وحتى 200 شبكة، وزائد أو ناقص 3٪ في السدى مع زائد أو ناقص 4٪ في اللحمة للقماش أدق من 200 شبكة.

قم بتطبيق التأثير على قماش 40 شبكة بسلك 0.20 مم، وهي تركيبة عاملة لقطب كهربائي لخلية التحليل الكهربائي. المسافة الاسمية هي 0.635 مم والفتحة الاسمية 0.435 مم. عدد السدى عند الطرف العلوي من تحمله هو 40.8 سلكًا لكل بوصة، مما يضع المسافة عند 0.6225 مم والفتحة عند 0.4225 مم، وعدد السدى عند الطرف السفلي هو 39.2 سلكًا لكل بوصة، مما يضع المسافة عند 0.648 مم والفتحة عند 0.448 مم. لذلك، تتحرك الفتحة التي يتلقاها المشتري عبر نطاق يبلغ حوالي 0.026 مم، أو زائد أو ناقص 3٪، على رقم اسمي قدره 0.435 مم، وتتحرك المساحة المفتوحة معها من 44.4٪ إلى 49.4٪. هذا هو السبب في أن استدعاء الشبكة الذي يذكر فقط عدد الشبكة وقطر السلك ليس مواصفات: الفتحة والمساحة المفتوحة تنبع من العدد المنسوج، والذي يحمل تحملًا في كل اتجاه.

نطاق التشغيل الذي يجب أن تتحمله الشبكة

تحدد الظروف التي تلتقي بها الشبكة في الخدمة الدرجة والحالة السطحية، وتقع الأرقام المنشورة للخلايا القلوية في نطاق ضيق.

تتبع نتيجتان. الأولى هي أن درجة حرارة الخلية، وليس درجة حرارة ورشة العمل، تحدد رقم المقاومة الذي ينتمي إلى حساب. الثانية هي أن سطح القطب الكهربائي يُطلب منه القيام بالكيمياء الكهربائية، وحالة هذا السطح هي عنصر مواصفات وليس تفصيلاً نهائيًا.

تقنيات التحليل الكهربائي التي تخدمها الشبكة

يجب تأهيل الادعاء بأن الشبكة تناسب تقنيات التحليل الكهربائي بشكل عام، لأن التقنيات تختلف في الإلكتروليت ويحدد الإلكتروليت ما إذا كان النيكل هو المعدن المناسب على الإطلاق.

لذلك، يحتاج الطلب الذي يذكر مكونات خلية التحليل الكهربائي دون ذكر التكنولوجيا إلى إجابة سؤال واحد قبل عرض سعر الشبكة، وهو ليس سؤالًا تجاريًا. القطب الكهربائي لخلية الغشاء الحمضي هو مناقشة مادية مختلفة.

المعالجة السطحية على القطب الكهربائي

عادة ما يتم سرد ثلاث معالجات في عرض أسعار الشبكة، واثنتان منها تنتميان إلى قطب كهربائي بينما تقوم الثالثة بوظيفة مختلفة. التلدين له غرضان هنا: يزيل الإجهاد الذي يضعه النسج في السلك، ويترك المادة ناعمة بما يكفي لتسطيحها وقطعها ولحامها دون تشقق، وهي الحالة التي تصفها النشرة للمادة عندما تشير إلى أن النيكل الملدن له صلابة منخفضة وقابلية جيدة للتشوه. التنظيف يزيل الشحوم وبقايا السحب قبل المعالجة الحرارية وقبل التجميع، وهو مهم أكثر مما هو عليه في جزء هيكلي، لأن الشحوم المتبقية على سطح النيكل هي مصدر للكربون عند درجة حرارة التلدين.

الكلمة الثالثة تحتاج إلى قرار. التخميل هو معالجة حماية من التآكل وينتج فيلمًا حاجزًا، وسطح القطب الكهربائي مخصص ليكون نشطًا كهروكيميائيًا. القطب الكهربائي الذي يتم وضعه في خلية سينمو أكسيده الخاص أثناء الخدمة، والمواصفات التي تطلب سطحًا خاملًا على قطب كهربائي تطلب فيلمًا ستحتاج الخلية بعد ذلك إلى العمل ضده. الخيارات ذات المغزى لقطب كهربائي هي سطح نظيف وغير مجهد لشبكة عارية، أو معالجة تنشيط متعمدة حيث يتطلب تصميم الخلية ذلك، وهو خطوة الإضافة أو الطلاء التي تصفها ممارسة تصميم الأقطاب الكهربائية المنشورة.

من أين يأتي الطلب

يتبع الطلب على مكونات الأقطاب الكهربائية بناء سعة خلايا التحليل الكهربائي وليس سعر المعدن، والتوقعات المنشورة لهذا البناء واسعة. يضع أحد التوقعات من دار أبحاث السوق سوق خلايا التحليل الكهربائي عند 3.75 مليار دولار أمريكي في عام 2024 ليرتفع إلى 78.01 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 65.9٪. التوقعات من دور أخرى أقل بكثير، ويصف التقرير السنوي الأول للقطاع من قبل وكالة الطاقة الدولية فجوة كبيرة بين خطوط أنابيب المشاريع المعلنة والقدرة التي تصل إلى قرار الاستثمار النهائي. يتم الاتفاق على اتجاه النمو عبر المصادر المنشورة وليس المعدل، وهذا هو الشكل الصادق لتلك الجملة والسبب في أن خطة القدرة يجب أن تبنى على خط أنابيب المشروع الذي يمكن للمورد رؤيته وليس على معدل رئيسي.

أسئلة يطرحها المشترون

لأي درجة نيكل يجب طلب الشبكة؟

اذكر رقم UNS وليس الوصف التجاري. النيكل 200 هو UNS N02200 والنيكل 201 هو UNS N02201، والفرق بينهما هو الكربون، عند 0.15٪ كحد أقصى مقابل 0.02٪ كحد أقصى. يجب طلب شبكة سيتم تلدينها بعد النسج أو لحامها في تجميع بالدرجة منخفضة الكربون، لأن الإرشادات المنشورة تحد من النيكل 200 للخدمة أقل من 600 درجة فهرنهايت، أو 315 درجة مئوية، وتشير إلى أن التعرض المطول بين 800 درجة فهرنهايت و 1200 درجة فهرنهايت يرسّب الجرافيت ويمكن أن يضعف الخصائص بشدة. خلية التحليل الكهربائي نفسها لا تصل أبدًا إلى هذه الدرجات الحرارة، لذا يتم اتخاذ القرار من خلال مسار التصنيع وليس من خلال الخلية.

ماذا يعني رقم النقاء 99.6٪، عندما يكون الحد الأدنى للمواصفات 99.0٪؟

هما عبارتان مختلفتان. توصف الدرجات المطروقة في هذه العائلة في نشرة المنتج بأنها نقية تجاريًا بنسبة 99.6٪، والمواصفات التي تباع بها تحدد حدًا أدنى قدره 99.0٪ للنيكل بالإضافة إلى الكوبالت مع الرصيد في الشوائب المتحكم فيها. الرقم 99.6٪ هو النقاء التجاري الاسمي، والرقم 99.0٪ هو الحد الأدنى الذي يتم التحقق من الشهادة مقابله. يجب أن يحمل أمر الشراء رقم UNS، ويمكن أن يكون وصف النقاء بجانبه كملصق تجاري وليس بدلاً منه.

ما هو عدد الشبكة الذي يجب تحديده لقطب كهربائي لخلية التحليل الكهربائي؟

يتبع العدد من أي من الأدوار الثلاثة هو الملزم في تصميم الخلية. حيث تكون مساحة سطح القطب الكهربائي هي العامل المحدد، فإن عددًا أدق بسلك أرق يعطي المزيد من الأسلاك لكل وحدة مساحة مسقطة، وحيث يكون إطلاق الغاز والوصول إلى الإلكتروليت هما العاملان المحددان، فإن عددًا أخشن بسلك أثقل يعطي قماشًا أكثر انفتاحًا ولوحة أكثر صلابة. في تحليل المقاومة المنشور، تعد تغطية الفقاعات عند كلا القطبين إحدى مقاومات النقل، والمساحة المفتوحة للنسيج هي خاصية الشبكة التي تؤثر عليها. عدد بين 20 و 60 شبكة بسلك من 0.15 إلى 0.30 مم يغطي التركيبات العاملة، ويظهر جدول الهندسة أعلاه لماذا لا يمكن إقران عدد في أعلى النطاق المنشور بمساحة مفتوحة كبيرة.

هل يمكن دمج نطاقات قطر السلك وعدد الشبكة المنشورة بحرية؟

لا. يتم تحديد المسافة بواسطة عدد الشبكة، عند 25.4 مقسومة على العدد بالمليمتر، ويجب أن يتناسب السلك بداخله مع ترك فتحة. عند 200 شبكة، تكون المسافة 0.127 مم، لذا فإن أدق سلك منشور يبلغ 0.10 مم يترك فتحة 0.027 مم ومساحة مفتوحة 4.5٪، وهي أقل بكثير من الحد الأدنى 30٪ في نفس جدول المواصفات. تصف النطاقات المنشورة نطاق عمل المورد، ويجب تأكيد تركيبة معينة مقابل الهندسة. حيث يلزم عدد دقيق جدًا لوظيفة مختلفة، يجب تخفيف متطلبات المساحة المفتوحة، وحيث يلزم مساحة مفتوحة كبيرة، يجب خفض العدد.

هل تحتاج الشبكة إلى طلاء تنشيطي للخدمة القلوية؟

يعمل النيكل العاري، وهو خط الأساس الذي يقاس عليه بقية المجال. ومع ذلك، توصف ممارسة تصميم الأقطاب الكهربائية المنشورة بأنها تتضمن دائمًا إضافة أو طلاء طبقة أكثر استقرارًا ونشاطًا، لأن القطب الكهربائي يعمل كمحفز والجهد الزائد هو ما يحدد كفاءة الخلية. الانتشار المقاس يدعم ذلك: في 28٪ هيدروكسيد البوتاسيوم عند 80 درجة مئوية، يُبلغ عن مركب نيكل-حديد-زنك منشط قريب من 100 مللي فولت من الجهد الزائد للأكسجين مقارنة بحوالي 400 مللي فولت للفولاذ المعتدل. يُبلغ أيضًا عن أن تطور الأكسجين أكثر صعوبة في الاختزال من تطور الهيدروجين. لذلك، فإن القرار هو قرار تصميم الخلية، ويجب أن يذكر عرض أسعار الشبكة ما إذا كان التنشيط مدرجًا.

هل شبكة النيكل مناسبة لخلية غشاء تبادل البروتونات؟

لا، والسبب هو الإلكتروليت. تعمل خلية غشاء تبادل البروتونات بغشاء بوليمر حمضي، والسبب المنشور لاستخدام التحليل الكهربائي القلوي لهيدروكسيد البوتاسيوم هو أنه يتجنب فقدان التآكل الذي يسببه الإلكتروليت الحمضي. خاصية المادة التي تجعل النيكل هو القطب الكهربائي القلوي هي مقاومة القلويات الكاوية، وهي البيئة المعاكسة. تنتمي شبكة النيكل إلى العائلة القلوية، وهي التحليل الكهربائي للماء القلوي والتحليل الكهربائي بغشاء تبادل الأنيونات، والاستعلام عن خلية غشاء حمضية هو اختيار مادي مختلف.

ملخص

يتم تحديد شبكة قطب كهربائي من النيكل النقي برقمين، عدد الشبكة وقطر السلك، وكل شيء آخر يتعلق بهندستها يتبع منهما. يتم تحديد مادتها برقم UNS، لأن وصف النقاء التجاري 99.6٪ هو ملصق والحد الأدنى للمواصفات هو 99.0٪ للنيكل بالإضافة إلى الكوبالت، ولأن الكربون بنسبة 0.15٪ مقابل 0.02٪ يحدد أي من الدرجتين تتحمل خطوة التلدين. ثوابتها في أعلى النطاق المفيد هي