Обзор производства водорода PEM электролизом воды II

Обзор производства водорода PEM электролизом воды II

Компоненты электрольцерной установки

Компоненты, используемые в ПЭМ-электролиз имеют решающее значение для стека с хорошей производительностью и долговечностью. Ключевые компоненты включают биполярные пластины, токосъемники и мембранно-электродные сборки (МЭА). Биполярные пластины призваны равномерно распределять воду по токосъемникам (или диффузионным средам) внутри ячейки. Характеристики биполярных пластин являются сложными для любого класса материалов из-за присутствия кислорода, кислой среды и высоких перенапряжений. Проектирование и выбор материала биполярных пластин в PEMWE являются критически важными вопросами для ученых и инженеров.

Основные функции биполярных пластин в PEMWE следующие:
1. Проведите электроны, чтобы замкнуть цепь, и соедините отдельные элементы последовательно, чтобы сформировать аккумуляторную батарею.
2. Обеспечьте путь потока для равномерного распределения воды на токосъемнике (или диффузионной среде).
3. Разделить кислород и водород.
4. Обеспечьте конструкцию для поддержки мембранных электродов аккумулятора.
5. Обеспечить теплопроводность для управления температурой электролизера.

Для выполнения этих важных функций материал биполярной пластины должен обладать особыми свойствами, такими как высокая электро- и теплопроводность, низкая газопроницаемость, высокая механическая прочность и коррозионная стойкость.

В настоящее время в биполярных пластинах используются различные материалы, включая титан, графит и нержавеющую сталь с покрытием. Однако графит не гарантирует высоких характеристик PEMWE из-за его высокой скорости коррозии и низкой механической прочности. Титан обладает превосходными свойствами, но образует пассивный оксидный слой, который снижает его контактное сопротивление и теплопроводность. Это явление может со временем ухудшить производительность стека. Также были изучены биполярные пластины из титана с золотым покрытием, которые дали хорошие результаты с точки зрения стабильности. Однако этот процесс увеличивает стоимость компонентов. Нержавеющая сталь с покрытием является более дешевой альтернативой титану, но небольшие дефекты покрытия подвергают металл коррозии. Коррозия металла приводит к разрушению покрытия, что увеличивает омическое сопротивление. Кроме того, растворенные ионы металлов диффундируют в мембрану ПОМ и снижают ионную проводимость, что приводит к усилению деградации мембраны.

Биполярные пластины и диффузионные слои являются более дорогими компонентами PEMWE. Диффузионный слой выполняет функцию переноса электронов от каталитического слоя к биполярным пластинам и удаления газов (водорода и кислорода) из каталитического слоя. Поэтому пористость и проводимость являются важными параметрами диффузионного слоя. Размер и структура пор являются критическими факторами, поскольку газы должны удаляться из ячейки, а вода удерживается вблизи каталитического слоя. Неправильная структура пор может увеличить напряжение ячейки до 100 мВ при силе тока 2 А/см2.