Электролиз с протонообменной мембраной(Электролиз ПЭМ) используетпротонообменная мембранав качестве электролита, где на аноде и катоде происходят следующие химические реакции:
Анод:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Катод:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
Электролиз является эффективнымэлектролиз водыТехнология, в первую очередь используемая для расщепления воды на водород и кислород. Устройство электролиза состоит из электролизера и вспомогательных систем, причем основными компонентами электролизера являются мембранный электрод, газодиффузионный слой и биполярные пластины. Мембранный электрод является одним из ключевых компонентовпротонообменная мембранаЭлектролизное устройство. Протонообменная мембрана (ПЕМ) покрыт каталитическими слоями с обеих сторон, образуя мембранный электрод. Катодный катализатор обычно представляет собой катализатор на основе платины, аналогичный тому, который используется втопливные элементы, который эффективно способствуетгенерация водорода. Требования к анодному катализатору более строгие из-за сильно окислительной среды на анодной стороне; реакция выделения кислорода требует использования стойких к окислению и коррозии каталитических материалов. В настоящее время иридий (), рутений () и их оксиды (такие как ₂ и ₂) являются наиболее часто используемыми анодными катализаторами, поскольку эти материалы демонстрируют превосходную стабильность и каталитические характеристики, сохраняя хорошую эффективность электролиза при высоких плотностях тока.
протонообменная мембрана (ПОМ)играет решающую роль вЭлектролиз ПЭМУстройства. Обычно используемые материалы включают серию , такие как 115 и 117, которые обладают высокой протонной проводимостью и химической стабильностью, эффективно изолируя газы и проводя протоны. Благодаря тонкости протонообменной мембраны ее сопротивление низкое, что позволяет устройству электролиза выдерживать высокие токи и давления без строгого контроля давления с обеих сторон мембраны. Более того, устройства электролиза могут быстро запускаться и останавливаться, быстро реагируя на корректировки мощности, что делает их подходящими для колеблющихся входов от возобновляемых источников энергии.
Газодиффузионный слой () является еще одним важным компонентом электролизных устройств . обычно изготавливается из пористых материалов на основе титана, покрытых драгоценными металлами, которые не только обеспечивают хорошую проводимость и механическую прочность, но и предлагают равномерный путь диффузии газа, тем самым повышая эффективность электролиза и производство газа.
Электролиз ПЭМТехнология имеет много преимуществ. Во-первых, высокая протонная проводимость и низкое сопротивление протонообменной мембраны позволяют электролизерам работать при высоких плотностях тока, увеличивая производство водорода. Во-вторых, компактная структура электролизных устройств обеспечивает высокую плотность мощности, что позволяет производить значительное количество водорода в ограниченном пространстве. Кроме того, электролизные устройства могут быстро запускаться и останавливаться, адаптируясь к изменчивости генерации возобновляемой энергии, что делает их особенно подходящими для интеграции с ветровой и солнечной энергией для производства зеленого водорода.
Однако,Электролиз ПЭМТехнология также сталкивается с некоторыми трудностями. Первая — это стоимость катализаторов, особенно дорогостоящих драгоценных металлов, таких как иридий и рутений, необходимых для анодного катализатора, что ограничивает масштабное применение. Кроме того, долговечность и химическая стабильностьпротонообменная мембранаи газодиффузионный слой нуждаются в дальнейшем исследовании и оптимизации. С постоянным прогрессом в области материаловедения и производственных технологий, считается, что эти проблемы будут постепенно решены в будущем.
В заключение,Электролиз ПЭМТехнология демонстрирует значительный потенциал в производстве водорода, особенно в сочетании с возобновляемой генерацией энергии, предлагая явные преимущества. Благодаря постоянным технологическим усовершенствованиям и оптимизациям ожидается, что электролиз станет одним из основных технологических путей для производства зеленого водорода в будущем, внеся важный вклад в продвижение и применение чистой энергии.
