由于存在极化损失,电解槽运行过程中工作电压往往偏离理论上的可逆电压,从而影响电解槽的效率。极化损失主要包括活化损失、欧姆损失、传质损失,分离三类极化损失可以帮助研发人员优化电解槽设计,也可为电解槽性能衰减机理分析提供帮助。
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极化曲线的测试
通过测量电解槽在不同电流密度下的电压响应,即可得到极化曲线。极化曲线可以评估电解槽在不同电流密度下的性能,确定电解槽的电压效应、极化特性及运行效率等,典型的极化曲线如下图所示。
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极化损失的意义
极化损失的增加代表着电解槽内部零部件出现的变化。如果活化损失上升较快,往往意味着催化层出现了明显的性能衰减;如果欧姆损失增大,则很可能意味着膜电导率降低,界面接触变差等;造成传质损失上升的原因较为复杂,包括多孔材料性能衰减造成的传输阻力增大等。
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极化损失的解析
根据上面的阐述,实际测量得到电解槽的电压V测量可以简单的表述成下式:
通过以下6个基本步骤即可大致完成三类极化损失的解析分离:
1.由电流密度和HFR值的乘积得到欧姆损失;
2.由实际测量的电压减去欧姆损失得到欧姆补偿后的电压;
3.在低电流密度区域选取3~4点绘制电流密度和电压的Tafel曲线,进行拟合得到回归方程;
4.将所有电流密度带入回归方程,得到各电流密度下的拟合电压;
5.由拟合电压与理论电势的差值得到活化损失;
6.由电压与拟合电压的差值得到传质损失。