Prezentare generală a producției de hidrogen PEM prin electroliza apei II

Prezentare generală a producției de hidrogen PEM prin electroliza apei II

Componente Electrolzer Stack

Componentele utilizate în Electroliza PEM sunt esențiale pentru o stivă cu performanță și durabilitate bune. Componentele cheie includ plăci bipolare, colectoare de curent și ansambluri de electrozi cu membrană (MEA). Plăcile bipolare au sarcina de a distribui uniform apa prin colectoarele de curent (sau mediile de difuzie) din interiorul celulei. Caracteristicile plăcilor bipolare sunt provocatoare pentru orice clasă de materiale datorită prezenței oxigenului, mediului acid și supratensiunii ridicate. Designul și selecția materialului plăcilor bipolare în PEMWE sunt probleme critice pentru oamenii de știință și ingineri.

Principalele funcții ale plăcilor bipolare din PEMWE sunt următoarele:
1. Conduce electronii pentru a completa circuitul și conecta celulele individuale în serie pentru a forma un pachet de baterii
2. Asigurați o cale de curgere pentru distribuirea uniformă a apei pe colectorul de curent (sau mediu de difuzie)
3. Separați oxigenul și hidrogenul
4. Asigurați o structură care să susțină electrozii cu membrană pentru baterie
5. Asigurați conducție termică pentru a gestiona temperatura electrolizatorului

Pentru a îndeplini aceste funcții importante, materialul plăcii bipolare trebuie să aibă proprietăți speciale, cum ar fi conductivitate electrică și termică ridicată, permeabilitate scăzută la gaz, rezistență mecanică ridicată și rezistență la coroziune.

În prezent, în plăcile bipolare sunt utilizate o varietate de materiale, inclusiv titan, grafit și oțel inoxidabil acoperit. Cu toate acestea, grafitul nu garantează performanțe ridicate în PEMWE datorită ratei sale ridicate de coroziune și rezistenței mecanice scăzute. Titanul are proprietăți excelente, dar formează un strat de oxid pasiv care îi reduce rezistența la contact și conductivitatea termică. Acest fenomen poate degrada performanța stivei în timp. Au fost studiate și plăci bipolare de titan acoperite cu aur, cu rezultate bune în ceea ce privește stabilitatea. Cu toate acestea, acest proces crește costul componentelor. Oțelul inoxidabil acoperit este o alternativă mai ieftină la titan, dar micile defecte ale acoperirii expun metalul la coroziune. Coroziunea metalului duce la distrugerea învelișului, ceea ce crește rezistența ohmică. În plus, ionii metalici dizolvați difuzează în membrana PEM și reduc conductivitatea ionică, rezultând o degradare crescută a membranei.

Plăcile bipolare și straturile de difuzie sunt componentele mai scumpe dintr-un PEMWE. Stratul de difuzie are funcția de a transfera electronii din stratul catalitic către plăcile bipolare și de a elimina gazele (hidrogen și oxigen) din stratul catalitic. Porozitatea și conductivitatea sunt deci parametri importanți pentru stratul de difuzie. Dimensiunea și structura porilor sunt factori critici, deoarece gazele trebuie evacuate din celulă, iar apa este păstrată în apropierea stratului catalitic. Structura necorespunzătoare a porilor poate crește tensiunea celulei cu până la 100 mV la 2 A cm-2.