Thành phần và nguyên tắc làm việc của điện phân sản xuất hydro PEM

Phân tích nước Proton Exchange (PEM)Công nghệ có những ưu điểm của mức tiêu thụ năng lượng DC thấp, mật độ dòng điện cao, khối lượng điện phân nhỏ, áp suất hoạt động cao và vận hành áp suất vi sai, phạm vi điều chỉnh năng lượng rộng, v.v ... Nó có khả năng thích ứng tốt với năng lượng gió và năng lượng quang điện với dao động lớn và đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây.

CácĐiện phân PEMlà một phần cốt lõi của thiết bị sản xuất hydro điện phân nước PEM. Các thành phần chính của nó bao gồm các tấm nén, các tấm lưỡng cực, lớp khuếch tán khí, cực dương và catốt, vàLắp ráp điện cực màngMEA. Bằng cách hiểu các vật liệu và chức năng của các thành phần trong điện phân PEM, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về công nghệ tiên tiến này và vai trò của nó trong lĩnh vực năng lượng sạch.

Thành phần củaĐiện phân PEM

Tên của các thành phần của điện phân PEM từ trên xuống dưới là:

Bu lông, tấm nén, lớp cách nhiệt,Tấm lưỡng cực, vòng cao su cách nhiệt, lưới titan (2 lớp),Titanium cảm thấy, điện cực màng, cảm giác titan, lưới titan (2 lớp), vòng cao su cách nhiệt, tấm điện cực, lớp cách nhiệt, tấm nén

1. Tấm tham gia

Tấm nén được làm bằng hợp kim nhôm và được sử dụng để cố định toàn bộ chất điện phân.

2. Vòng cao su

Cái tiếp theo bên dưới tấm áp suất là vòng cao su cách nhiệt, có đặc tính cách nhiệt và niêm phong.

3. Tấm Bippolar (BPP)

Tấm lưỡng cực (BPP) là một thiết bị phân tách phẳng (với lưới kim loại hoặc laminate màn hình hoặc thiết bị tách kim loại dày với các kênh trường dòng khắc) được sử dụng để phù hợp với điện áp nguồn bằng cách xếp nhiều đơn vị tế bào điện phân theo chuỗi. Các đơn vị liền kề riêng biệt và tạo kết nối điện tử. Nó cần phải có điện trở thấp và độ ổn định cơ học và hóa học cao, phân phối chất lỏng và độ dẫn nhiệt cao, vì nó cũng giúp thúc đẩy truyền nhiệt.

Titan thường được coi là vật liệu tiên tiến vì sức mạnh tuyệt vời, điện trở suất thấp, độ dẫn nhiệt cao và độ thấm hydro thấp. Tuy nhiên, titan dễ bị ăn mòn, đặc biệt là ở phía cực dương, trong đó tiềm năng có thể vượt quá 2V, dẫn đến tích lũy oxit bề mặt, làm tăng điện trở tiếp xúc và làm giảm độ dẫn nhiệt. Để tránh điều này, một lớp phủ bạch kim mỏng có thể được áp dụng để giảm điện trở bề mặt.

4.Silicone vòng

Đây là một vòng silicon với các đặc tính vận chuyển và chất lỏng.

5. Lớp khuếch tán GAs (GDL)

Lớp khuếch tán khí, hoặc bộ thu GDL hoặc PTL hiện tại, hoạt động như một dây dẫn điện tử giữa MEA và BPP, đảm bảo chuyển khối lượng chất lỏng và khí hiệu quả giữa điện cực và BPP.

Ở cực dương, nước lỏng được vận chuyển từ các kênh của BPP thông qua bộ thu hiện tại đến lớp xúc tác trên màng, nơi nước bị phân hủy thành oxy và proton, và oxy được tạo ra ở đây khuếch tán vào kênh ngược dòng qua bộ thu hiện tại.

Tại catốt, nước lỏng và hydro được vận chuyển từ màng đến các kênh của BPP thông qua bộ thu hiện tại. Các electron bắt đầu từ lớp xúc tác ở phía cực dương, đi qua bộ thu và BPP hiện tại, sau đó đến phía catốt. Trong các chất điện phân PEM, các vật liệu khác phải được sử dụng vì tiềm năng cực dương đủ cao để oxy hóa vật liệu carbon. Titanium thường là sự lựa chọn của bộ thu hiện tại cực dương.

6.Membrane Electrode Lắp ráp (MEA)

MEA bao gồm một màng dẫn proton, được phủ các lớp điện phân xốp ở cả hai bên cực dương và catốt. Nó là thành phần cốt lõi của chất điện phân. Nước bị phân hủy thành hydro và oxy khí dưới tác động của dòng điện. Ở cực dương, nước được oxy hóa thành oxy và proton. Các proton ngậm nước sau đó di chuyển đến cực âm. Các electron chảy vào cực âm qua một mạch bên ngoài.

Tại catốt, các proton đạt được các electron và được giảm để tạo thành hydro. Oxit iridium thường được coi là chất xúc tác tiên tiến nhất trong điện phân nước PEM. Trong số các oxit chuyển tiếp đơn, RuO2 có hoạt động OER cao nhất, nhưng không ổn định trong điều kiện điện phân. IRO2 ít hoạt động hơn RuO2, nhưng có lợi thế của khả năng chống ăn mòn cao hơn.

Nguyên tắc làm việc của điện phân PEM

Nước đi vào tấm lưỡng cực từ đầu vào nước, sau đó đi vào lớp khuếch tán khí, và cuối cùng đi vào màng trao đổi proton. Bằng cách nhập dòng điện và điện áp, nước được phân hủy thành các proton H+ và hai O2- bằng cách liên hệ với màng trao đổi proton của điện cực. O2- mất các electron E- để tạo thành O2.

Các electron bị mất chạm tới cực âm qua mạch và H+ đến cực âm qua màng proton, nơi nó kết hợp với các electron để tạo thành H2.

Anode tạo ra oxy và catốt tạo ra hydro. Oxy được sản xuất ở cực dương là đầu ra qua ống anode, trong khi hydro được tạo ra ở catốt là đầu ra qua ống catốt, và sau đó đi lên phân tách khí nước để tạo thành khí.