چهار روش برای تولید هیدروژن با الکترولیز آب
تولید هیدروژن از الکترولیز آب به تفکیک مولکول های آب تحت اثر جریان مستقیم برای تولید اکسیژن و هیدروژن اطلاق می شود که به ترتیب از آند و کاتد سلول الکترولیتی رسوب می کنند. در سطح فنی، الکترولیز آب برای تولید هیدروژن عمدتاً به الکترولیز آب قلیایی (AWE)، الکترولیز آب پلیمری جامد PEM، الکترولیز آب با غشای تبادل آنیون پلیمر جامد (AEM) و الکترولیز آب اکسید جامد (SOE) تقسیم می‌شود. در میان آنها، AWE یک فناوری الکترولیز آب صنعتی قبلی با چندین دهه تجربه کاربردی و یک فناوری نسبتاً بالغ است. در سال های اخیر، فناوری الکترولیز آب PEM از نظر صنعتی شدن به سرعت توسعه یافته است، فناوری الکترولیز آب SOE در مرحله نمایش اولیه است.
1. الکترولیز قلیایی آب برای تولید هیدروژن
دیافراگم مخزن تولید هیدروژن آب الکترولیز شده عمدتاً از آزبست تشکیل شده است که نقش جداسازی گاز را ایفا می کند. کاتد و آند عمدتاً از آلیاژهای فلزی مانند آلیاژهای نیکل-مولیبدن تشکیل شده اند که آب را برای تولید هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کنند. الکترولیت الکترولیز آب قلیایی صنعتی معمولاً محلول هیدروکسید پتاسیم با کسر جرمی 20٪ تا 30٪، دمای کار الکترولیز 70 تا 80 درجه سانتیگراد، چگالی جریان کاری حدود 0.25 آمپر بر سانتی متر مربع است و فشار گاز تولید شده 0.1 ~ 3.0 MPa است، بازده کل 62٪ ~ 82٪ است. تولید هیدروژن از آب قلیایی یک فناوری بالغ با هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی کم است، اما مشکلاتی مانند از دست دادن لیمو، خوردگی و مصرف انرژی بالا وجود دارد.
2. تولید هیدروژن با الکترولیز آب
متفاوت از الکترولیز آب برای تولید هیدروژن، الکترولیز آب برای تولید هیدروژن با غشای تبادل پروتون (PEM) از غشای تبادل پروتون اسید پرفلوروسولفونیک با پایداری شیمیایی خوب، هدایت پروتون و جداسازی گاز به جای غشای آزبست به عنوان الکترولیت جامد استفاده می کند که می تواند به طور موثری از الکترون جلوگیری کند. منتقل کردن. ، ایمنی الکترولیزها را بهبود می بخشد. اجزای اصلی الکترولیزهای PEM عبارتند از غشای تبادل پروتون، لایه های کاتالیست مثبت و منفی، لایه های انتشار گاز مثبت و منفی، صفحات انتهایی مثبت و منفی و ... از داخل به بیرون. در میان آنها، لایه انتشار، لایه کاتالیزور و غشای تبادل پروتون، الکترود غشایی را تشکیل می دهند که محل اصلی انتقال مواد و واکنش الکتروشیمیایی در کل الکترولیز آب است.
3. الکترولیز اکسید جامد در دمای بالا آب برای تولید هیدروژن
الکترولیز اکسید جامد در دمای بالا آب برای تولید هیدروژن با الکترولیز آب قلیایی و الکترولیز آب PEM متفاوت است. الکترولیز اکسید جامد با دمای بالا آب برای تولید هیدروژن از اکسید جامد به عنوان ماده الکترولیت استفاده می کند و دمای کار 800 ~ 1000 است. عملکرد الکتروشیمیایی فرآیند تولید هیدروژن به طور قابل توجهی بهبود یافته و کارآمدتر شده است.
الکترود سلول الکترولیتی SOEC از کاتالیزور فلزات غیر گرانبها، مواد کاتد از فلز متخلخل Ni/YSZ سرامیکی، ماده آند از اکسید پروسکایت و الکترولیت از رسانای یون اکسیژن YSZ استفاده می کند. ساختار مواد تمام سرامیکی از خوردگی مواد جلوگیری می کند. محیط کاری با دمای بالا و رطوبت بالا انتخاب مواد با پایداری بالا، دوام خوب و ضد میرایی الکترولیزها را محدود می کند و همچنین انتخاب سناریوهای کاربردی و ارتقاء مقیاس بزرگ فناوری تولید هیدروژن SOEC را محدود می کند.
4. الکترولیز آب غشای تبادل آنیون پلیمر جامد
تحقیقات در مورد الکترولیز آب AEM تازه شروع شده است. در چند سال گذشته، غشاهای تبادل آنیون پلیمری (AEMs) برای دستگاه های الکتروشیمیایی توسعه یافته اند، و الکترولیز قلیایی با استفاده از AEM می تواند مزایای الکترولیز قلیایی حلقوی PEM و الکترولیت مایع را فراهم کند.