Vantaggi della tecnologia di produzione dell'idrogeno per elettrolisi dell'acqua PEM

Vantaggi di PEM Elettrolisi dell'acqua Produzione di idrogeno Tecnologia

La produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua si riferisce alla dissociazione delle molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno sotto l'azione della corrente continua, che vengono precipitate rispettivamente dall'anodo e dal catodo dell'elettrolizzatore.

A seconda dei diversi materiali del diaframma dell'elettrolizzatore, la produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua è solitamente suddivisa in elettrolisi dell'acqua alcalina (ALK), Elettrolisi dell'acqua con membrana a scambio protonico (PEM). ed elettrolisi dell'acqua con ossido solido ad alta temperatura (SOEC). Tra questi, la produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua PEM si riferisce al processo di produzione di idrogeno che utilizza la membrana a scambio protonico come elettrolita solido e acqua pura come materia prima per l'elettrolisi dell'acqua per produrre idrogeno. I componenti principali dell'elettrolizzatore ad acqua PEM sono la membrana a scambio protonico, lo strato catalizzatore dell'anodo e del catodo, lo strato di diffusione del gas del catodo e del catodo, le piastre terminali del catodo e del catodo, ecc. Dall'interno verso l'esterno. Tra questi, lo strato di diffusione, lo strato catalitico e la membrana a scambio protonico costituiscono l'elettrodo a membrana, che è il luogo principale per la trasmissione del materiale e la reazione elettrochimica dell'intero elettrolizzatore ad acqua. Le caratteristiche e la struttura dell'elettrodo a membrana influiscono direttamente sulle prestazioni e sulla durata dell'elettrolizzatore ad acqua PEM.

Rispetto alla tradizionale produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua alcalina, la produzione di idrogeno PEM presenta i seguenti vantaggi:

(1) Elevata purezza e nessun inquinamento La produzione di idrogeno PEM utilizza un elettrolita solido con membrana a scambio protonico, il gas generato non necessita di essere trattato con alcali e lo spessore della membrana ionica microporosa a livello molecolare è molto piccolo, il che non è facile per produrre l’osmosi inversa dell’idrogeno. Il tipo PEM richiede solo acqua pura, senza additivi, senza liquidi corrosivi, quindi non inquina l'ambiente e anche la purezza del gas è elevata; mentre l'elettrolita alcalino tradizionale deve aggiungere il 15% di NaOH o il 30% di KOH, quindi l'elettrolita è altamente corrosivo ed è facile produrre liquido di lavaggio per contaminare la tubazione di carico.

(2) Alta efficienza di conversione. L'elettrodo catalitico di tipo PEM è un elettrodo microporoso a livello molecolare strettamente collegato a entrambi i lati della membrana ionica e ai suoi pori interni. È un elettrodo catalitico a distanza zero con i vantaggi di un'ampia area di reazione e di un'elevata efficienza di conversione. Tuttavia, gli elettrodi alcalini tradizionali sono limitati da una piccola distanza e la resistenza tra gli elettrodi è elevata, il che porta a una corrente maggiore, a un'elevata generazione di calore e a una bassa efficienza di conversione.

(3) Leggero e di piccole dimensioni. La struttura del collettore della camera a due stadi nell'elettrolizzatore di tipo PEM è compatta e flessibile, rendendo l'elettrolizzatore leggero e di piccole dimensioni. Il peso è solo 1/3 di quello di un normale elettrolizzatore con la stessa produzione di idrogeno. I vantaggi sono la distanza interelettrodica pari a zero e la piccola resistenza interna della cella. Il collettore nella camera degli elettrodi di un elettrolizzatore alcalino tradizionale non è elastico, con conseguente elevata perdita di calore dell'energia elettrica e bassa efficienza di conversione.

(4) Adattabile alla volatilità della produzione di energia rinnovabile
Il sistema di produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua PEM ha una velocità di risposta rapida e si adatta al funzionamento dinamico, che è molto adatto per la trasmissione irregolare, intermittente e volatile di energia rinnovabile come l'energia eolica e solare.

Da un punto di vista tecnico, la cella elettrolitica utilizzata ha una struttura compatta, dimensioni ridotte e favorisce rapidi cambiamenti di carico. La cella elettrolitica ha alta efficienza, elevata purezza del gas, basso consumo energetico e sicurezza e affidabilità notevolmente migliorate, che è più adatta alla volatilità dell'energia rinnovabile. Pertanto, la tecnologia di elettrolisi dell'acqua PEM è considerata una delle tecnologie di produzione dell'idrogeno per elettrolisi dell'acqua più promettenti nel campo della produzione di idrogeno.

Tuttavia, poiché gli elettrolizzatori PEM devono funzionare in un ambiente di lavoro altamente acido e ossidante, l’apparecchiatura si affida maggiormente a materiali metallici costosi come iridio, platino e titanio, con conseguenti costi eccessivamente elevati. Questo è anche il collo di bottiglia che limita lo sviluppo della tecnologia di produzione dell’idrogeno PEM e la direzione della ricerca e dello sviluppo.