Cuatro formas de producir hidrógeno por electrólisis del agua
La producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua se refiere a la disociación de las moléculas de agua bajo la acción de la corriente continua para generar oxígeno e hidrógeno, que se precipitan desde el ánodo y el cátodo de la celda electrolítica, respectivamente. A nivel técnico, la electrólisis de agua para la producción de hidrógeno se divide principalmente en electrólisis de agua alcalina (AWE), electrólisis de agua PEM de polímero sólido, electrólisis de agua de membrana de intercambio aniónico de polímero sólido (AEM) y electrólisis de agua de óxido sólido (SOE). Entre ellos, AWE es una tecnología de electrólisis de agua industrializada anterior con décadas de experiencia en aplicaciones y una tecnología relativamente madura. En los últimos años, la tecnología de electrólisis de agua PEM se ha desarrollado rápidamente en términos de industrialización, la tecnología de electrólisis de agua SOE se encuentra en la etapa de demostración inicial,
1. Electrólisis alcalina del agua para la producción de hidrógeno
El diafragma del tanque de producción de hidrógeno de agua electrolizada está compuesto principalmente de asbesto, que desempeña el papel de separación de gases. El cátodo y el ánodo se componen principalmente de aleaciones metálicas, como las aleaciones de níquel-molibdeno, que separan el agua para producir hidrógeno y oxígeno. El electrolito del electrolizador de agua alcalina industrial suele ser una solución de hidróxido de potasio con una fracción de masa de 20%~30%, la temperatura de funcionamiento del electrolizador es de 70~80°C, la densidad de corriente de trabajo es de aproximadamente 0,25 amperios/centímetro cuadrado y la la presión del gas generado es de 0,1 ~ 3,0 MPa, la eficiencia total es del 62%~82%. La producción de hidrógeno a partir de agua alcalina es una tecnología madura con bajos costos de inversión y operación, pero existen problemas como pérdida de lejía, corrosión y alto consumo de energía.
2. Producción de hidrógeno por electrólisis del agua.
A diferencia de la electrólisis del agua para la producción de hidrógeno, la electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones (PEM) para la producción de hidrógeno utiliza una membrana de intercambio de protones de ácido perfluorosulfónico con buena estabilidad química, conductividad de protones y separación de gases en lugar de una membrana de asbesto como electrolito sólido, que puede prevenir de manera efectiva los electrones. transferir. , mejorar la seguridad de los electrolizadores. Los componentes principales de los electrolizadores PEM son la membrana de intercambio de protones, las capas de catalizador positivas y negativas, las capas de difusión de gas positivas y negativas, las placas terminales positivas y negativas, etc. Desde adentro hacia afuera. Entre ellos, la capa de difusión, la capa de catalizador y la membrana de intercambio de protones constituyen el electrodo de membrana, que es el lugar principal para la transferencia de material y la reacción electroquímica en todo el electrolizador de agua.
3. Electrólisis de agua de óxido sólido a alta temperatura para la producción de hidrógeno
La electrólisis de agua de óxido sólido a alta temperatura para la producción de hidrógeno es diferente de la electrólisis de agua alcalina y la electrólisis de agua PEM. La electrólisis de agua con óxido sólido a alta temperatura para la producción de hidrógeno utiliza óxido sólido como material electrolítico, y la temperatura de trabajo es de 800~1 000. El rendimiento electroquímico del proceso de producción de hidrógeno ha mejorado significativamente y es más eficiente.
El electrodo de la celda electrolítica SOEC adopta un catalizador de metal no precioso, el material del cátodo adopta cerámica de metal poroso Ni/YSZ, el material del ánodo adopta óxido de perovskita y el electrolito adopta un conductor de iones de oxígeno YSZ. La estructura del material totalmente cerámico evita la corrosión del material. El ambiente de trabajo de alta temperatura y alta humedad limita la selección de materiales con alta estabilidad, buena durabilidad y anti-atenuación para electrolizadores, y también restringe la selección de escenarios de aplicación y la promoción a gran escala de la tecnología de producción de hidrógeno SOEC.
4. Electrólisis de agua con membrana de intercambio de aniones de polímero sólido
La investigación sobre la electrólisis del agua AEM apenas comienza. En los últimos años, se han desarrollado membranas poliméricas de intercambio de aniones (AEM) para dispositivos electroquímicos, y la electrólisis alcalina con AEM puede proporcionar las ventajas de la PEM y la electrólisis alcalina cíclica de electrolitos líquidos.