Phân tích chất xúc tác cho điện phân PEM

1. Giới thiệu về điện phân nước PEM để sản xuất hydro

Điện phân PEMđể sản xuất hydro, còn được gọi làMàng trao đổi protonĐiện phân nước để sản xuất hydro, đề cập đến quá trình sản xuất hydro sử dụng màng trao đổi proton làm chất điện phân rắn và sử dụng nước tinh khiết làm nguyên liệu thô để phân tích nước để tạo ra hydro.

So với công nghệ sản xuất hydro điện phân nước kiềm, công nghệ sản xuất hydro điện phân nước PEM có lợi thế của mật độ dòng điện lớn, độ tinh khiết hydro cao và tốc độ phản ứng nhanh. Công nghệ sản xuất hydro nước PEM có hiệu quả làm việc cao hơn.

Tuy nhiên, kể từ đóĐiện phân PEMCần phải hoạt động trong môi trường làm việc có tính axit cao và có tính oxy hóa cao, thiết bị phụ thuộc nhiều hơn vào các vật liệu kim loại đắt tiền như iridium, bạch kim, titan, v.v., dẫn đến chi phí cao.

Điện phân PEM

2. Nguyên tắc sản xuất hydro nước của nước

Sản xuất hydro PEM chủ yếu được chia thành bốn bước sau đây.

1. Điện phân nước và tiến hóa oxy

Nước (2H2O) trải qua phản ứng thủy phân trên điện cực dương và tách thành các proton (4H+), electron (4e-) và oxy khí (O2) theo tác động của điện trường và chất xúc tác, như thể hiện trong phương trình (1).

2H2O = 4H ++ 4E-+O2 (1)

2. Trao đổi Proton

4H+ đi qua PEM rắn có chứa các nhóm chức axit sulfonic và đạt đến điện cực âm dưới tác động của điện trường.

3. Dây dẫn điện tử

4E-electron chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm qua mạch ngoài.

4. Sự tiến hóa khí hydro

4H+ đạt đến điện cực âm có 4e- để tạo 2H2, như thể hiện trong phương trình (2).

4H ++ 4E- = 2H2 (2)

3. Chất xúc tác sản xuất hydro nước PEM

Sản phẩm thương mại phổ biến của màng trao đổi proton là màng polymer axit perfluorosulfonic. Do đó, môi trường làm việc của điện cực màng sản xuất hydro PEM có tính axit cao. Các vật liệu của từng thành phần cần xem xét khả năng chống ăn mòn, và chất xúc tác cũng không ngoại lệ. Nói chung, các kim loại quý như bạch kim, iridium, rathenium, v.v.

Các chất xúc tác của cực âm và cực dương của điện phân PEM để sản xuất hydro là khác nhau. Cathode là mộtChất xúc tác carbon bạch kim, và cực dương nói chung là một chất xúc tác dựa trên iridium như iridium dioxide và iridium đen. Khả năng tải thấp là một trong những hướng phát triển công nghệ trong tương lai. Ngoài ra, tối ưu hóa cấu trúc xúc tác và tái chế kim loại quý chất thải cũng là những chủ đề nóng trong ngành.

1. Sự tiến hóa hydro catốt: Chất xúc tác carbon bạch kim

Là một chất xúc tác tốt, PT có thể hấp thụ các phân tử hydro và thúc đẩy sự phân ly, và hiện là lựa chọn đầu tiên cho sử dụng thương mại. Chất xúc tác bạch kim trên carbon, được gọi làPt/c, còn được gọi là chất xúc tác bạch kim trên carbon, đề cập đến chất xúc tác chất mang tải bạch kim lên carbon hoạt hóa và là một trong những loại chất xúc tác kim loại quý. Tải Pt thường là 0,4-0,6 mg/cm2.

Phương pháp khử hóa chất hiện là phương pháp sản xuất chất xúc tác carbon bạch kim được sử dụng phổ biến nhất. Nó đề cập đến một phương pháp sử dụng carbon hoạt hóa, nước cất, dung dịch axit hexachloroplatinic, v.v ... làm nguyên liệu thô, và tạo ra chất xúc tác carbon bạch kim thông qua trộn và hòa tan, rung siêu âm, xử lý giảm hóa học và các bước khác.

2. Sự tiến hóa oxy cực dương: Chất xúc tác dựa trên iridium

Vì phía cực dương là môi trường oxy cao, chất xúc tác điện hóa cực dương chỉ có thể chọn một vài nguyên tố kim loại quý và các oxit của chúng như IR, RU, có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cao.

RuO2 và IRO2 có hoạt động xúc tác tốt nhất cho các phản ứng điện hóa tiến hóa oxy và IRO2 có độ ổn định tốt hơn, vì vậy IRO2 là vật liệu chính của chất xúc tác tiến hóa oxy.

Các phương pháp chuẩn bị của iridium oxide chủ yếu bao gồm phương pháp oxy hóa nhiệt, phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp nóng chảy Adams (admas), phương pháp sol-gel, v.v. thu được, và sau đó nung được thực hiện để thu được oxit iridium.