Преимущества технологии производства водорода электролизом воды PEM

Преимущества PEM Электролиз воды Производство водорода Технология

Производство водорода электролизом воды представляет собой диссоциацию молекул воды на кислород и водород под действием постоянного тока, которые осаждаются с анода и катода электролизера соответственно.

В зависимости от различных материалов диафрагмы электролизера производство водорода путем электролиза воды обычно делится на электролиз щелочной воды (ALK), протонообменная мембрана (ПЭМ) электролиз воды и высокотемпературный твердооксидный электролиз воды (SOEC). Среди них производство водорода электролизом воды PEM относится к процессу производства водорода с использованием протонообменной мембраны в качестве твердого электролита и чистой воды в качестве сырья для электролиза воды для производства водорода. Основными компонентами электролизера воды PEM являются протонообменная мембрана, анодный и катодный каталитический слой, катодный и катодный газодиффузионный слой, катодные и катодные концевые пластины и т. д. изнутри наружу. Среди них диффузионный слой, слой катализатора и протонообменная мембрана составляют мембранный электрод, который является основным местом передачи материала и электрохимической реакции во всем электролизере воды. Характеристики и структура мембранных электродов напрямую влияют на производительность и срок службы электролизера воды PEM.

По сравнению с традиционным производством водорода электролизом щелочной воды, производство водорода PEM имеет следующие преимущества:

(1) При производстве водорода PEM высокой чистоты и отсутствия загрязнения используется твердый электролит протонообменной мембраны, образующийся газ не требует дещелочной обработки, а толщина микропористой ионной мембраны на молекулярном уровне очень мала, что непросто. для производства водорода обратным осмосом. Для типа PEM требуется только чистая вода, без добавок и агрессивных жидкостей, поэтому он не загрязняет окружающую среду, а чистота газа также высока; в то время как в традиционный щелочной электролит необходимо добавлять 15 % NaOH или 30 % KOH, поэтому электролит является очень коррозионным, и его легко производить, образуя промывочную жидкость для загрязнения нагрузочного трубопровода.

(2)Высокая эффективность преобразования. Каталитический электрод типа PEM представляет собой микропористый электрод на молекулярном уровне, который плотно прикреплен к обеим сторонам ионной мембраны и ее внутренним порам. Это каталитический электрод с нулевым расстоянием, обладающий преимуществами большой реакционной площади и высокой эффективности преобразования. Однако традиционные щелочные электроды ограничены небольшим расстоянием, а межэлектродное сопротивление велико, что приводит к большему току, высокому тепловыделению и низкой эффективности преобразования.

(3)Легкий вес и небольшой размер. Коллекторная конструкция двухступенчатой камеры электролизера типа ПЭМ компактна и гибка, что делает электролизер легким и небольшим по размеру. Вес составляет всего 1/3 веса обычного электролизера с таким же производством водорода. Преимуществами являются нулевое межэлектродное расстояние и небольшое внутреннее сопротивление ячейки. Коллектор в электродной камере традиционного щелочного электролизера неэластичен, что приводит к высоким тепловыделениям электрической энергии и низкой эффективности преобразования.

(4) Адаптируемость к нестабильности производства возобновляемой энергии.
Система производства водорода электролизом воды PEM имеет высокую скорость отклика и адаптируется к динамической работе, что очень подходит для неравномерной, прерывистой и нестабильной передачи возобновляемой энергии, такой как энергия ветра и солнца.

С технической точки зрения используемый электролизер имеет компактную структуру, небольшой размер и способствует быстрому изменению нагрузки. Электролитическая ячейка имеет высокую эффективность, высокую чистоту газа, низкое энергопотребление и значительно повышенную безопасность и надежность, что больше подходит для нестабильности возобновляемых источников энергии. Таким образом, технология электролиза воды PEM считается одной из наиболее перспективных технологий производства водорода электролизом воды в области производства водорода.

Однако, поскольку электролизеры PEM должны работать в очень кислой и окислительной рабочей среде, оборудование в большей степени зависит от дорогих металлических материалов, таких как иридий, платина и титан, что приводит к чрезмерно высоким затратам. Это также является узким местом, ограничивающим развитие технологии производства водорода PEM и направления исследований и разработок.