Tehnologia de electroliză PEM vs. tehnologia de electroliză ALK: Ce tehnologie preferați?

Hidrogenul, ca sursă de energie nepoluantă, regenerabilă și curată, cu densitatea sa energetică ridicată, devine o direcție centrală de dezvoltare în procesul de tranziție energetică. Producția de hidrogen prin electroliza apei este tehnologia principală pentru producerea de hidrogen verde, iar concurența tehnologică dintre... electrolizoare cu membrană de schimb de protoni (PEM) și electrolizoare alcaline (ALK) a fost întotdeauna un subiect central al discuțiilor din industrie. Vom realiza o discuție detaliată și o comparație a caracteristicilor principale ale acestor două tehnologii.

1. Principiu fundamental:

Electrolizor PEM: Folosește apă pură ca electrolit și utilizează o membrană de schimb de protoni pentru a conduce ionii de hidrogen (H+) și a izola gazele. Pe partea anodică, apa este utilizată ca reactant pentru reacția de oxidare (OER), generând oxigen (O2) și ioni de hidrogen; sub influența unui câmp electric, ionii de hidrogen migrează prin membrana de schimb de protoni către catod, unde suferă o reacție de reducere (HER) pentru a genera hidrogen gazos.

Celulă electrolitică alcalină: Folosind o soluție alcalină de hidroxid de potasiu (KOH) 30% ca electrolit, ionii de hidroxid (OH⁻) sunt conducți printr-o diafragmă. Moleculele de apă de pe partea catodului câștigă electroni și suferă o reacție de reducere, generând hidrogen gazos (H₂) și ioni de hidroxid. Sub influența câmpului electric, ionii de hidroxid migrează către anod și suferă o reacție de oxidare, generând în cele din urmă molecule de oxigen și apă. Mecanismul specific de reacție este prezentat în diagrama de mai jos:

Diagramă comparativă a tehnologiilor de producere a hidrogenului prin electroliză a apei

2. Comparație cheie a performanței:

Tabelul comparativ al tehnologiilor arată că electroliza apei PEM pentru producerea de hidrogen oferă o viteză de răspuns dinamic de nivel secundar și o capacitate largă de ajustare a sarcinii, ceea ce o face adaptabilă la caracteristicile de alimentare intermitentă a energiei eoliene și solare. Cu toate acestea, dependența sa de catalizatori din metale prețioase, cum ar fi iridiul și platina, și de materiale bipolare de înaltă performanță pentru plăci, cum ar fi aliajele de titan, duce la costuri ridicate de fabricație a echipamentelor, limitând adoptarea sa la scară largă. Electroliza apei alcaline pentru producerea de hidrogen, pe de altă parte, are un grad ridicat de industrializare și a fost supusă validării pe termen lung pe piață. Nu necesită catalizatori din metale prețioase, ceea ce duce la costuri totale mai mici ale echipamentelor. În plus, durata sa lungă de viață facilitează realizarea de aplicații la scară largă de gigawați, ceea ce o face tehnologia principală actuală de producție a hidrogenului.

3. Diferențe structurale:

Tehnologiile de producție a hidrogenului PEM și ALK se reflectă și în designul și selecția materialelor componentelor lor:

3.1 Placă bipolară:

Electrozii celulelor electrolitice PEM sunt fabricați din materiale de înaltă performanță, cum ar fi plăci de titan, și sunt pre-acoperiți. Un strat de platină (Pt) este aplicat pe suprafața electrodului pentru a preveni oxidarea. Plăcile bipolare ale celulelor electrolitice alcaline sunt fabricate din oțel carbon sau nichel pur, sudate pe cadrul electrodului și apoi nichelate. Ambele tipuri de plăci bipolare îndeplinesc funcții multiple, inclusiv conductivitate, susținere și transmisie a mediului.

3.2 Componente de bază:

Electrolizoarele PEM sunt echipate structural cu un strat suplimentar de difuzie a gazelor (GDL), utilizând materiale pe bază de carbon (cum ar fi hârtia de carbon și pânza de carbon) pentru catod și materiale pe bază de titan (cum ar fi plasa de titan și spuma poroasă de titan) pentru anod, controlând cu precizie echilibrul de transfer de masă gaz-lichid și optimizând mediul de interfață al reacției. Unitatea sa centrală de reacție - ansamblul electrodului cu membrană (MEA) - utilizează o structură de membrană acoperită cu catalizator (CCM), fabricată prin procese de pulverizare sau de acoperire roll-to-roll. Precizia procesului acestui ansamblu afectează direct eficiența electrolizorului. În schimb, electrolizoarele alcaline nu necesită un strat de difuzie a gazelor; procesul lor central se concentrează pe designul potrivit al membranei și electrodului.

3.3 Catalizatori și materiale pentru membrane:

Electrolizorul PEM utilizează iridiu (Ir) și oxizii săi (cum ar fi IrO₂) ca anod și catalizator platină-carbon (Pt/C) ca și catalizator catodic principal. Membrana de schimb de protoni este în principal o membrană de acid perfluorosulfonic (cum ar fi Nafion) pentru a asigura o conducere eficientă a ionilor de hidrogen. Electrolizorul alcalin oferă o mai mare flexibilitate în selecția catalizatorului, permițând utilizarea metalelor nobile (Pt, Pd, Au, Ag etc.), a metalelor de tranziție sau a materialelor pe bază de carbon (Fe, Co, Ni etc.). Membrana utilizează în principal membrane PPS sau membrane compozite pentru a asigura o conducere eficientă a ionilor de hidroxid și o separare gaz-lichid.

4. Rezumat:

Electrolizoarele PEM, datorită răspunsului lor rapid și curățării eficiente, au avantaje de neînlocuit în proiectele distribuite de hidrogen verde și în scenariile de consum de energie regenerabilă și reprezintă direcția centrală pentru viitoarele modernizări tehnologice; în timp ce electrolizoarele alcaline, cu caracteristicile lor mature, stabile și controlabile din punct de vedere al costurilor, vor continua să domine în producția industrială de hidrogen la scară largă și în scenariile de aprovizionare stabilă cu hidrogen pe termen lung.

Nu există o superioritate sau inferioritate inerentă între abordările tehnice; considerația cheie este adaptabilitatea la scenariul dat. Ce abordare tehnică considerați că are cel mai promițător potențial viitor?

FAQ:

1. Cine suntem noi?
Rubri are sediul în Anhui, China, a început în 2011 și vinde în Asia de Sud-Est, America de Nord, Europa de Est și Asia de Sud.

2. Ce servicii complete ale lanțului industrial oferiți pentru producerea de hidrogen prin electroliza apei alcaline?

Rubri oferă servicii complete în lanțul industrial, inclusiv sisteme de producție de hidrogen prin electroliză alcalină a apei, electrolizoare, echipamente de separare și purificare gaz-lichid, plus linii de producție pentru electrolizoare, instalare, înlocuire și îndrumare tehnică.

3. Ce servicii complete ale lanțului industrial oferiți pentru producția de hidrogen prin electroliza apei PEM?

Rubri oferă diverse piese BOP și sisteme complete pentru întregul proces de producție a hidrogenului PEM.

4. De ce ar trebui să cumpărați de la noi și nu de la alți furnizori?

Rubri are o echipă de cercetare și dezvoltare tehnică profesională cu experiență. Capacitate de potrivire a sistemelor de control/cercetare și dezvoltare și control al calității. Avantaj de preț adus de capacitățile de integrare a lanțului de aprovizionare.