Nombre Parcourir:1 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2023-04-14 origine:Propulsé
Une pièce maîtresse clé d'énergie renouvelable génération d'hydrogène est la technologie de production de l'hydrogène électrolytique très efficace. La production d'hydrogène par électrolyse est la dissociation électrochimique de l'eau dans l'hydrogène et l'oxygène gazeux, qui sont précipités à la cathode et à l'anode, respectivement, sous l'action du courant direct.
Anode: H2O → 1 / 2O2 + 2H ++ 2E- (1)
Cathode: 2h + 2e- → H2 (2)
Réaction totale: H2O → H2 + 1 / 2O2 (3)
Depending on the electrolyte system, hydrogen production by electrolysis can be divided into three types: alkaline electrolysis, mass exchange membrane (PEM) electrolysis and solid oxide electrolysis.The basic principle of all three is the same, i.e.,during the redox reaction, the L'échange libre d'électrons est empêché et le processus de transfert de charge est décomposé en transfert d'électrons dans le circuit externe et le transfert d'ions dans le circuit interne, afin que l'hydrogène gazeux puisse être produit et utilisé. Les conditions de réaction d'électrolyse sont différentes et la comparaison technique entre les trois est indiquée ci-dessous.
La technologie de l'électrolyse liquide alcaline utilise des solutions d'eau KOH et NaOH comme tissu d'électrolyte et de quartz comme diaphragme. La pureté de l'hydrogène gazeux produit est d'environ 99% et doit être traitée avec de la brume dé-alcaline. Les principales caractéristiques structurelles d'un électrolyzer alcalin sont un électrolyte liquide et une partition poreuse. de 400 mA / cm2 et l'efficacité est généralement d'environ 60%.L'électrolyse liquide alcaline a été industrialisée au milieu du 20e siècle. La technologie est mature et a une durée de vie de 15 A. Les principaux inconvénients sont les suivants:
1). Dans le système d'électrolyte liquide, l'électrolyte alcalin utilisé (par exemple KOH) réagira avec du CO2 dans l'air pour former des carbonates (par exemple K2CO3) qui sont insolubles dans des conditions alcalines, conduisant à un blocage de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi la naissance des alcalines, conduisant à un blocage de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi le fait de l'emporter les alcalines, conduisant à un blocage de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi la situation alcaline, conduisant à un blocage de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi la situation alcaline, conduisant à un blocage de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi la situation alcaline, conduisant à un blocage de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi le fait de l'emporter le blocage poreux de la couche catalytique poreuse, entraînant ainsi la durée transfert de produits et réactifs et réduisant considérablement les performances de l'électrolyzer;
2). Les cellules électrolytiques liquides alcalines ont de longs délais de démarrage, une réponse à la charge lente et doivent toujours maintenir l'égalisation de la pression des deux côtés de l'anode et de la cathode de la cellule électrolytique pour empêcher l'hydrogène et l'oxygène gazeux de se mélanger à travers la membrane de quartz poreuse et provoquant une explosion. Par conséquent, les électrolyseurs d'électrolyte liquide alcalins sont plus difficiles à utiliser avec des sources d'énergie renouvelables qui ont des caractéristiques fluctuantes rapides.
L'électrolyse du PEM de l'eau, appelé solidpolymérélectolyte (SPE), l'électrolyse de l'eau, fonctionne sur le principe suivant. L'eau (2H2O) crée une réaction d'hydrolyse à l'anode et se divise en proton (4H +), un électron (4e-) et l'oxygène à gaz à l'aide d'un champ électrique et d'un catalyseur; Le proton 4H + passe par une membrane d'échange de protons à la cathode à l'aide d'une différence de potentiel électrique; L'électron 4e est effectué à travers un circuit externe pour créer la réaction 4H + + 4E à la cathode, entraînant la précipitation de l'hydrogène (gaz). L'électrolyzer PEM fonctionne à une densité de courant de plus de 1A / cm2, qui est au niveau de au moins quatre fois celle d'un électrolyzer alcalin, et a une grande efficacité, une pureté de gaz élevée, une densité de courant réglable, une faible consommation d'énergie, une petite taille, pas de solution alcaline et une faible consommation d'énergie, il présente les avantages d'une grande efficacité, d'une pureté élevée du gaz, densité de courant réglable, une faible consommation d'énergie, une petite taille, pas de solution alcaline, un environnement vert, une sécurité et une fiabilité et une pression de gaz plus élevée, etc. Il est reconnu comme l'une des technologies de production électrolytique électrolytiques les plus prometteuses dans le domaine de la production d'hydrogène.
Les principaux composants d'une cellule hydroélectrique PEM typique comprennent les plaques de cathode et d'anode, la couche de diffusion de la cathode et de l'anode, la couche de catalyseur de cathode et d'anode, et la membrane d'échange de masse. La plaque de borne de la cathode est utilisée pour maintenir les composants de cellules électrolytiques et les composants de cellules électrolytiques et guider le transfert d'électricité et la distribution de l'eau et du gaz; La couche de diffusion de gaz cathode est utilisée pour collecter le débit et faciliter le transfert de gaz; La couche catalytique cathode est une interface triphasée composée de catalyseur, de milieu de conduction électrique et de milieu de conduction de masse, et est le site central des réactions électrochimiques; La membrane d'échange de masse est utilisée comme électrolyte solide, généralement en utilisant une membrane d'acide perfluorosulfonique. En tant qu'électrolyte solide, une membrane d'acide perfluorosulfonique est généralement utilisée pour isoler la cathode à partir de l'anode et pour empêcher le transfert de l'électricité lors du transfert du substrat. L'eau électrolytique nécessite un porte-catalyseur élevé. Le catalyseur idéal doit avoir une surface et une porosité élevées, une conductivité électrique élevée et de bonnes propriétés électrocatalytiques. Stabilité mécanique et électrochimique, petit effet de bulle de gaz, sélectivité élevée, faible coût et pas de toxicité. . Parce que IR et RU sont chers et rares, les catalyseurs des électrolyseurs PEM actuels ne sont pas disponibles.
Il est urgent de réduire la quantité d'IRO2 utilisée dans l'électrolyzer à eau PEM, car la quantité d'IR utilisée dans les électrolyseurs PEM dépasse souvent 2 mg / cm2. Les catalyseurs à base de PT disponibles sur le commerce peuvent être utilisés directement dans les cathodes de l'eau PEM. À ce stade, la charge PT des cathodes électrolytiques PEM est de 0,4 à 0,6 mg / cm2.Malgré les avantages évidents du couplage de la technologie de production électrolytique de l'hydrogène PEM avec des sources d'énergie renouvelables, un développement supplémentaire est nécessaire pour mieux répondre aux besoins des applications d'énergie renouvelable dans les domaines suivants pour mieux répondre à la demande d'applications d'énergie renouvelable, des développements supplémentaires sont nécessaires dans les éléments suivants Zones:
(1).
(2). Pour améliorer la densité actuelle et la capacité de travailler avec de grandes variations de charge pour réduire les coûts du système et obtenir une consommation efficace d'énergie renouvelable, ainsi que pour faciliter le pic des réseaux auxiliaire, réduire la charge sur le réseau et améliorer l'efficacité de la consommation d'énergie de l'efficacité de l'énergie ;
(3). Augmenter la pression de sortie du gaz, faciliter le stockage et le transport du gaz, réduire le besoin d'équipements de pression ultérieurs et réduire la consommation globale d'énergie.
Production d'hydrogène par électrolyse d'oxyde solide
Une cellule d'électrolyse d'oxyde solide à haute température (SOEC) est la réaction inverse d'une pile à combustible à oxyde solide (SOFC).Le matériau de la cathode est généralement une céramique en métal poreux Ni / YSZ, le matériau de l'anode est principalement un matériau d'oxyde de titanate de calcium, et l'électrolyte intermédiaire est un conducteur d'ion oxygène YSZ. Le mélange de l'hydrogène consiste à assurer une atmosphère réductrice à la cathode et à prévenir l'oxydation du matériau de la cathode Ni), et une réaction électrolytique se produit à la cathode, se décomposant en H2 et O2-, qui passe à travers la couche électrolyte à haute température à l'anode , où il perd sa charge et devient o2. % pour la production d'hydrogène. Cependant, la stabilité des matériaux d'anode et de cathode dans des conditions de température et d'humidité élevées et la dégradation rapide du système de pile sur une longue période doivent encore être résolues. En conséquence, la technologie SOEC est toujours au stade de développement de la technologie, Avec quelques petits projets de démonstration à Karlsruhe, en Allemagne, soutenus par des projets tels que Helmeth.
