Четыре способа получения водорода электролизом воды
Производство водорода из электролиза воды относится к диссоциации молекул воды под действием постоянного тока с образованием кислорода и водорода, которые осаждаются с анода и катода электролизера соответственно. На техническом уровне электролиз воды для производства водорода в основном делится на электролиз щелочной воды (AWE), электролиз воды с твердым полимером PEM, электролиз воды с твердополимерной анионообменной мембраной (AEM) и электролиз воды с твердым оксидом (SOE). Среди них AWE — это более ранняя промышленная технология электролиза воды с многолетним опытом применения и относительно зрелой технологией. В последние годы технология электролиза воды PEM быстро развивалась с точки зрения индустриализации, технология электролиза воды SOE находится на начальной стадии демонстрации,
1. Щелочной электролиз воды для производства водорода
Диафрагма резервуара для производства водорода с электролизованной водой в основном состоит из асбеста, который играет роль разделения газов. Катод и анод в основном состоят из металлических сплавов, таких как никель-молибденовые сплавы, которые расщепляют воду с образованием водорода и кислорода. Электролитом промышленного электролизера на щелочной воде обычно является раствор гидроксида калия с массовой долей 20–30 %, рабочая температура электролизера составляет 70–80 °С, рабочая плотность тока составляет около 0,25 ампер/кв. Давление генерируемого газа составляет 0,1 ~ 3,0 МПа, общий КПД составляет 62% ~ 82%. Производство водорода из щелочной воды — это зрелая технология с низкими инвестиционными и эксплуатационными затратами, но существуют такие проблемы, как потеря щелочи, коррозия и высокое потребление энергии.
2. Производство водорода электролизом воды
В отличие от электролиза воды для производства водорода, при электролизе воды с протонообменной мембраной (PEM) для производства водорода используется протонообменная мембрана из перфторсульфоновой кислоты с хорошей химической стабильностью, протонной проводимостью и газоразделением вместо асбестовой мембраны в качестве твердого электролита, который может эффективно передача. , повысить безопасность электролизеров. Основными компонентами электролизеров PEM являются протонообменная мембрана, положительные и отрицательные каталитические слои, положительные и отрицательные газодиффузионные слои, положительные и отрицательные торцевые пластины и т. д. Изнутри наружу. Среди них диффузионный слой, слой катализатора и протонообменная мембрана составляют мембранный электрод, который является основным местом для переноса материала и электрохимической реакции во всем электролизере воды.
3. Высокотемпературный твердооксидный электролиз воды для производства водорода
Высокотемпературный электролиз воды в твердом оксиде для производства водорода отличается от электролиза щелочной воды и электролиза воды PEM. Высокотемпературный электролиз воды с твердым оксидом для производства водорода использует твердый оксид в качестве материала электролита, а рабочая температура составляет 800 ~ 1000. Электрохимические характеристики процесса производства водорода значительно улучшены и более эффективны.
В электроде электролитической ячейки SOEC используется катализатор из недрагоценных металлов, в качестве материала катода используется пористая металлокерамика Ni/YSZ, в качестве материала анода используется оксид перовскита, а в электролите используется проводник с ионами кислорода YSZ. Цельнокерамическая структура материала предотвращает коррозию материала. Рабочая среда с высокой температурой и высокой влажностью ограничивает выбор материалов с высокой стабильностью, хорошей долговечностью и антизатуханием для электролизеров, а также ограничивает выбор сценариев применения и широкомасштабное продвижение технологии производства водорода SOEC.
4. Электролиз воды с твердополимерной анионообменной мембраной.
Исследования по электролизу воды AEM только начинаются. В последние несколько лет были разработаны полимерные анионообменные мембраны (AEM) для электрохимических устройств, и щелочной электролиз с использованием AEM может обеспечить преимущества PEM и циклического щелочного электролиза с жидким электролитом.