Načelo kompozicije in delovanja elektrolizatorja proizvodnje vodika PEM

Vodna elektroliza protonske izmenjave (PEM)Tehnologija ima prednosti nizke porabe energije DC, visoke gostote toka, majhnega volumna elektrolizerja, visokega delovnega tlaka in diferencialnega tlaka, širokega območja nastavitve moči itd. Ima dobro prilagodljivost vetrne energije in fotovoltaične moči z velikimi nihanji, v zadnjih letih pa se je hitro razvijala.

ThePEM Electroliyzerje temeljni del naprave za proizvodnjo vodika v vodni elektrolizi PEM. Njegove glavne komponente vključujejo kompresijske plošče, bipolarne plošče, difuzijske plasti plina, anode in katode terSklopi membranske elektrode（MEA）. Z razumevanjem materialov in funkcij komponent v PEM elektrolizatorju lahko poglobimo svoje razumevanje te vrhunske tehnologije in njene vloge na področju čiste energije.

SestavaPEM Electroliyzer

Imena komponent PEM elektrolizatorja od zgoraj navzdol so:

Vijak, kompresijska plošča, izolacijska plast,bipolarna plošča, izolacijski gumijasti obroč, titanovo mrežico (2 plasti),Titanium se je počutil, membranska elektroda, titanijev klobuk, titanovo mrežico (2 sloji), izolacijski gumijasti obroč, elektrodna plošča, izolacijska plast, kompresijska plošča

1.Compression Plošča

Kompresijska plošča je narejena iz aluminijeve zlitine in se uporablja za pritrditev celotnega elektrolizatorja.

2.INSULACIJA GUMENSKEGA RAZPOLOŽENJA

Naslednja pod tlačno ploščo je izolacijski gumijasti obroč, ki ima izolacijske in tesnjene lastnosti.

3.Bipolarna plošča (BPP)

Bipolarna plošča (BPP) je ploščat separator (s kovinsko mrežo ali laminatom zaslona ali debelim kovinskim separatorjem z jedkanimi poljskimi kanali), ki se uporablja za ujemanje napajalne napetosti z zlaganjem več elektrolitskih celic v seriji. Ločite sosednje enote in vzpostavite elektronske povezave. Imeti mora nizko odpornost in visoko mehansko in kemično stabilnost, porazdelitev tekočine in visoko toplotno prevodnost, saj pomaga tudi pri spodbujanju prenosa toplote.

Titan na splošno velja za najsodobnejši material zaradi svoje odlične trdnosti, nizke upornosti, visoke toplotne prevodnosti in nizke prepustnosti vodika. Vendar je Titanium dovzeten za korozijo, zlasti na strani anode, kjer lahko potencial preseže 2V, kar ima za posledico kopičenje površinskega oksida, kar poveča kontaktno odpornost in zmanjša toplotno prevodnost. Da bi se temu izognili, lahko uporabimo tanko platinsko prevleko za zmanjšanje površinske odpornosti.

4.Silicon obroč

To je silikonski obroč s tesnilnimi in transportnimi lastnostmi tekočine.

5.Gas difuzijski sloj (GDL)

Plast difuzije plina ali tok zbiralni GDL ali PTL deluje kot elektronski prevodnik med MEA in BPP, kar zagotavlja učinkovit masni prenos tekočine in plina med elektrodo in BPP.

Pri anodi se tekoča voda prevaža iz kanalov BPP skozi trenutni kolektor do katalizatorskega sloja na membrani, kjer se voda razgradi v kisik in protone, ki kisik, ki nastane tukaj, razprši v pretočni kanal v nasprotni smeri skozi trenutni kolektor.

Na katodi se tekoča voda in vodik prevažajo iz membrane do kanalov BPP skozi trenutnega kolektorja. Elektroni se začnejo s plasti katalizatorja na strani anode, preidejo skozi trenutni kolektor in BPP in nato dosežejo stran katode. V PEM elektrolizatorjih je treba uporabiti druge materiale, ker je anodni potencial dovolj visok za oksidacijo ogljikovih materialov. Titanium je ponavadi izbira zbiratelja Anode toka.

6. Sklop membranske elektrode (MEA)

MEA je sestavljena iz protonske membrane, ki je prevlečena s poroznimi elektrokatalizatorskimi plastmi na strani anode in katode. Je temeljna komponenta elektrolizatorja. Voda se razgradi v plinast vodik in kisik pod delovanjem električnega toka. Pri anodi se voda oksidira v kisik in protone. Hidrirani protoni se nato selijo na katodo. Elektroni tečejo v katodo skozi zunanje vezje.

Na katodi protoni pridobijo elektrone in se zmanjšajo, da tvorijo vodik. Iridijev oksid na splošno velja za najnaprednejši katalizator v elektrolizi vode Pem. Med posameznimi prehodnimi oksidi ima RUO2 najvišjo aktivnost OER, vendar je v elektrolizatorskih pogojih nestabilen. Iro2 je nekoliko manj aktiven kot Ruo2, vendar ima prednost večje korozijske odpornosti.

Delovno načelo PEM Electrolizer

Voda vstopi v bipolarno ploščo iz dovoda vode, nato vstopi v difuzijsko plast plina in na koncu vstopi v membrano protonske izmenjave. Z vnosom toka in napetosti se voda razgradi v protone H+ in dva O2- s stikom z membrano protonske izmenjave elektrode. O2- izgubi elektrone e- v obliki O2.

Izgubljeni elektroni segajo v katodo skozi vezje in H+ doseže katodo skozi protonsko membrano, kjer se združuje z elektroni, da tvori H2.

Anoda proizvaja kisik in katoda proizvaja vodik. Kisik, proizveden na anodi, se oddaja skozi anodno cev, vodik, ki nastane na katodi, pa se oddaja skozi katodno cev, nato pa sega do separatorja vode-plinov, da tvori plin.