Principi strutturali e processi produttivi degli elettrolizzatori alcalini e PEM

Principi strutturali e processi produttivi degli elettrolizzatori alcalini e PEM

Gli elettrolizzatori possono essere suddivisi in quattro tipi: ALK, PEM, AEM e SOEC secondo la tecnologia dell'elettrolisi dell'acqua. Questo articolo introduce principalmente i principi strutturali e i processi di produzione degli elettrolizzatori alcalini e PEM.

1.Elettrolizzatore alcalino

La struttura dell'elettrolizzatore alcalino per la produzione di idrogeno comprende principalmente diaframma, griglia di elettrodi positivi/negativi, piastra di elettrodi, telaio di elettrodi, guarnizione, vite e dado di fissaggio, piastra terminale, ecc.

L'assemblaggio di un elettrolizzatore alcalino è simile a quello di una pila di celle a combustibile a idrogeno. Sulla base delle piastre terminali, le piastre, le reti di supporto, le reti di elettrodi negativi, i separatori, le reti di elettrodi positivi, le reti di supporto, i telai dei poli e le guarnizioni vengono assemblate una per una, ripetere l'operazione e infine installare la piastra terminale sull'altra estremità e fissarlo con la vite di fissaggio.

Elettrodi, separatori e guarnizioni sono materiali chiave per gli elettrolizzatori alcalini. Gli elettrodi utilizzano solitamente rete di nichel o schiuma di nichel, le cui prestazioni hanno un impatto decisivo sulla densità di corrente e sull'efficienza dell'elettrolisi, e il loro costo rappresenta circa il 28% del costo del sistema; il separatore serve a separare i due poli ed è necessario per garantire la tenuta all'aria riducendo la resistenza. Per ridurre la perdita di potenza, vengono utilizzate guarnizioni di tenuta per risolvere il problema dell'isolamento tra le espansioni polari. Le sue prestazioni di isolamento influiscono sull'efficienza dell'elettrolisi, sulla sicurezza e sulla durata del sistema.

2.Elettrolizzatore PEM

L'elettrolizzatore PEM utilizza una membrana a scambio protonico come elettrolita, che presenta alcuni vantaggi in termini di struttura e prestazioni. Gli elettrolizzatori PEM sono inoltre impilati da più unità di elettrolisi, ciascuna unità costituita da una membrana a scambio protonico, un catalizzatore, uno strato di diffusione del gas e una piastra bipolare.

Gli elettrolizzatori PEM utilizzano membrane a scambio protonico come elettroliti solidi, sostituendo i separatori e gli elettroliti liquidi (soluzioni KOH) utilizzati negli elettrolizzatori alcalini. La resistenza interna è più piccola, la struttura interna è più compatta, l'efficienza dell'elettrolisi è notevolmente migliorata e la selezione della scala è più flessibile.