سد الفجوة بين التوصيف الكهربائي الكيميائي على نطاق المختبر والصناعة لقطب كهربائي رانبي النيكل لعملية التحليل الكهربائي للماء القلوي

أكثر تقنيات تحليل الماء الكهربائي نضجًا هي التحليل الكهربائي القلوي، حيث يتم استخدام محلول مائي من هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) كالإلكتروليت. على الرغم من استخدام هذه التقنية لعقود من الزمن، لا يزال هناك الكثير من الإمكانيات لتحسين أداء هذه الأجهزة. يركز الكثير من البحث على تحسين الأقطاب الكهربائية التي تحتوي على مواد محفزة جديدة تخفض من حاجز الطاقة التنشيطية لعملية التحليل الكهربائي. ومع ذلك، واحدة من القضايا التي وصفها إهلرز وآخرون هي أن البحث الأكاديمي الحالي في مجال التحليل الكهربائي يتم في ظروف بعيدة عن التطبيق العملي (مثل الكثافات الحالية المنخفضة، ودرجة حرارة الغرفة، والكهربائية المخففة). في هذه الدراسة، نقوم بتوصيف قطب كهربائي تجاري من النيكل رانبي في إعدادات مختلفة باستخدام سلسلة منهجية من التجارب، بما في ذلك إعداد ثلاثي الأقطاب على نطاق المختبر، وإعدادين مختلفين لخلايا التدفق، وكتلة تحليل كهربائي بقوة 10 كيلو وات مكونة من 17 خلية. بالإضافة إلى هندسة الخلية (مساحة القطب تتراوح من 1 سم مربع إلى 960 سم مربع)، تشمل ظروف القياس المتنوعة درجة الحرارة (من درجة حرارة الغرفة إلى 80 درجة مئوية)، والضغط (من الضغط الجوي إلى )، وتركيز الإلكتروليت (من 0.1 مول إلى 30% وزني من KOH)، ومستوى الشوائب الحديدية في الإلكتروليت. يتم مقارنة البيانات الكهربائية الكيميائية الناتجة من إعدادات قياس مختلفة وظروف قياس مختلفة، ويتم تقديم رؤى حول التحديات المتعلقة بربط التجارب المختبرية بالتجارب على نطاق الصناعة. الشكل 1. إعدادات قياس التحليل الكهربائي القلوي مع الظروف القياسية المستخدمة لدراسة الأقطاب الكهربائية من النيكل رانبي ضمن هذا العمل - إعداد ثلاثي الأقطاب المعتاد على نطاق المختبر (أ)، وإعدادين مختلفين لخلايا التدفق (ب، ج) وكتلة تحليل كهربائي بقوة 10 كيلو وات مكونة من 17 خلية (د). الشكر والتقدير تم دعم هذا العمل من قبل برنامج البحث التطبيقي لشركة إستونيا ("تطوير وتقييم تقنية كتلة التحليل الكهربائي القلوي باستخدام الأقطاب الكهربائية النانوية السيراميكية"، RE.5.04.22-0109) ومن قبل مجلس الأبحاث الإستوني (EAG273 "أقطاب كهربائية عالية النشاط لتحليل كهربائي قلوي خالي من المعادن الثمينة" (1.09.2023−31.08.2024)). المراجع J. C. Ehlers، A. A. Feidenhans’l، K. T. Therkildsen، وG. O. Larrazábal، ACS Energy Lett. ، 8 ، 1502–1509 (2023). الشكل 1