镍基材料是碱性水电解槽电极的首选，因为它们在恶劣的化学环境中提供了耐用性和性能之间最有效的平衡。镍在强碱性溶液中表现出优异的耐腐蚀性，同时保持了良好的电催化活性，从而降低了分解水所需的能量。此外，与贵金属相比，镍的储量丰富且成本较低，使其成为大规模生产氢气的唯一经济可行的选择。
虽然贵金属可能提供边际性能提升，但镍基材料提供了工业电解所需的高导电性、化学稳定性和经济可扩展性的关键结合点。
镍的技术优势
无与伦比的耐腐蚀性
碱性电解槽内部的环境具有很强的化学腐蚀性。 镍在这些高 pH 值条件下表现出的耐腐蚀性使其脱颖而出。 这种稳定性确保了电极在长期的运行寿命中保持其结构完整性。
良好的电催化活性
为了高效生产氢气，电极必须降低反应的能量势垒。 镍天然具有良好的电催化活性，比大多数其他过渡金属更能促进反应。 这种固有的性质降低了驱动该过程所需的电压。
低过电位
过电位代表电化学系统中的能量浪费。 镍基电极表现出相对较低的过电位，这意味着更多的输入电能直接转化为化学能（氢气）。 这种效率对于降低运营成本至关重要。
最大化效率的工程设计
增加活性位点
原材料的性质只占一半；结构工程起着重要作用。 通过将镍制成合金或应用特定的涂层，工程师可以创建高表面积结构。 这最大化了化学反应可以发生的“活性位点”的数量。
提高反应速率
更高的表面积直接转化为更快的反应动力学。 这种结构增强显著提高了析氢反应 (HER) 和析氧反应 (OER) 的效率。 其结果是每单位功率产生的氢气产量更高。
与贵金属的协同作用
虽然镍是基础，但它也是进一步增强的极佳基底。 如补充数据所示，添加痕量铂等贵金属可以进一步降低活化能。 这些复合材料利用了镍的本体导电性，同时利用了贵金属优越的催化性能。
理解权衡
性能差距
虽然镍很棒，但它在化学上并非完美。 纯贵金属（如铂）理论上仍然为析氢反应 (HER) 提供较低的活化能。 仅依赖镍需要仔细的表面工程才能与贵金属的原始效率竞争。
制造复杂性
为了实现前面提到的“高表面积”，简单的镍片通常不够。 制造商必须利用先进的技术来创建多孔涂层或合金。 与使用实心金属板相比，这增加了制造过程的复杂性。
为您的项目做出正确选择
在为碱性电解选择电极材料时，您的具体限制将决定最终的组成。
- 如果您的主要重点是成本效益：优先选择纯镍或镍铁合金，以最大化耐用性并最小化资本支出，而无需依赖波动的贵金属市场。
- 如果您的主要重点是最大化产量：考虑喷涂有痕量铂的镍基复合电极，以降低过电位并最大化每千瓦时的氢气产量。
镍仍然是稳健、可扩展且经济合理的氢气生产的明确标准。
总结表：
| 特性 | 镍基电极 | 对电解的好处 |
|---|---|---|
| 耐腐蚀性 | 在高 pH 环境中表现优异 | 长期的结构完整性和耐用性 |
| 催化活性 | 对 HER 和 OER 自然较高 | 降低水的分解能量势垒 |
| 能源效率 | 低过电位 | 降低电压要求和运营成本 |
| 经济价值 | 储量丰富且成本低廉 | 实现可扩展的工业氢气生产 |
| 表面工程 | 高表面积（合金/涂层） | 最大化活性位点以加快反应速率 |
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参考文献
- Diogo M.F. Santos, José L. Figueiredo. Hydrogen production by alkaline water electrolysis. DOI: 10.1590/s0100-40422013000800017
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