Quatro maneiras de produzir hidrogênio por eletrólise da água
A produção de hidrogênio a partir da eletrólise da água refere-se à dissociação das moléculas de água sob a ação da corrente contínua para gerar oxigênio e hidrogênio, que são precipitados do ânodo e cátodo da célula eletrolítica, respectivamente. No nível técnico, a eletrólise da água para produção de hidrogênio é dividida principalmente em eletrólise de água alcalina (AWE), eletrólise de água de polímero sólido PEM, eletrólise de água de membrana de troca aniônica de polímero sólido (AEM) e eletrólise de água de óxido sólido (SOE). Entre eles, o AWE é uma tecnologia de eletrólise de água industrializada anterior com décadas de experiência em aplicação e uma tecnologia relativamente madura. Nos últimos anos, a tecnologia de eletrólise de água PEM desenvolveu-se rapidamente em termos de industrialização, a tecnologia de eletrólise de água SOE está em fase inicial de demonstração,
1. Eletrólise alcalina da água para produção de hidrogênio
O diafragma do tanque de produção de hidrogênio de água eletrolisada é composto principalmente de amianto, que desempenha o papel de separação de gases. O cátodo e o ânodo são compostos principalmente de ligas metálicas, como ligas de níquel-molibdênio, que dividem a água para produzir hidrogênio e oxigênio. O eletrólito do eletrolisador de água alcalina industrial é geralmente solução de hidróxido de potássio com uma fração de massa de 20% ~ 30%, a temperatura de operação do eletrolisador é 70 ~ 80°C, a densidade de corrente de trabalho é de cerca de 0,25 ampere/centímetro quadrado, e o a pressão do gás gerado é de 0,1 ~ 3,0 MPa, a eficiência total é de 62% ~ 82%. A produção de hidrogênio a partir de água alcalina é uma tecnologia madura com baixo investimento e custos operacionais, mas existem problemas como perda de soda cáustica, corrosão e alto consumo de energia.
2. Produção de hidrogênio por eletrólise da água
Diferente da eletrólise da água para a produção de hidrogênio, a eletrólise da membrana de troca de prótons (PEM) da água para a produção de hidrogênio usa membrana de troca de prótons de ácido perfluorosulfônico com boa estabilidade química, condutividade de prótons e separação de gás em vez de membrana de amianto como eletrólito sólido, que pode efetivamente evitar elétrons transferir. , melhorar a segurança dos eletrolisadores. Os principais componentes dos eletrolisadores PEM são membrana de troca de prótons, camadas de catalisador positivo e negativo, camadas de difusão de gás positiva e negativa, placas de extremidade positiva e negativa, etc. De dentro para fora. Entre eles, a camada de difusão, a camada de catalisador e a membrana de troca de prótons constituem o eletrodo da membrana, que é o principal local de transferência de material e reação eletroquímica em todo o eletrolisador de água.
3. Eletrólise de óxido sólido de alta temperatura da água para produção de hidrogênio
A eletrólise de óxido sólido de alta temperatura da água para produção de hidrogênio é diferente da eletrólise da água alcalina e da eletrólise da água PEM. Eletrólise de óxido sólido de alta temperatura da água para produção de hidrogênio usa óxido sólido como material eletrolítico, e a temperatura de trabalho é de 800 ~ 1 000. O desempenho eletroquímico do processo de produção de hidrogênio Significativamente melhorado e mais eficiente.
O eletrodo da célula eletrolítica SOEC adota catalisador de metal não precioso, o material do cátodo adota o metal cerâmico poroso Ni/YSZ, o material do ânodo adota óxido de perovskita e o eletrólito adota o condutor de íons de oxigênio YSZ. A estrutura de material totalmente cerâmico evita a corrosão do material. O ambiente de trabalho de alta temperatura e alta umidade limita a seleção de materiais com alta estabilidade, boa durabilidade e anti-atenuação para eletrolisadores, e também restringe a seleção de cenários de aplicação e promoção em larga escala da tecnologia de produção de hidrogênio SOEC.
4. Eletrólise de água de membrana de troca aniônica de polímero sólido
A pesquisa sobre eletrólise da água AEM está apenas começando. Nos últimos anos, membranas poliméricas de troca aniônica (AEMs) para dispositivos eletroquímicos foram desenvolvidas, e a eletrólise alcalina usando AEMs pode fornecer as vantagens de PEM e eletrólise alcalina cíclica de eletrólito líquido.