Pet metod za zmanjšanje stroškov in povečanje učinkovitosti PEM elektrolizatorjev

I. Trenutno stanje PEM Electrolizer

PEM sistem za proizvodnjo vodika je osredotočenPEM Electroliyzer, opremljena z napravo za ločevanje plina-tekočine, pravico, monitorjem plina, enoto za hladilno vodo, čistilnim sistemom in napajalnikom ter elektronskim nadzorom, ki skupaj predstavljata celoten sistem proizvodnje vodika PEM.

V strukturi stroškov sistema za proizvodnjo vodika PEM je 60% stroškov koncentrirano naPEM Electroliyzer, preostala pomožna oprema, vključno z napajanjem, usmerjem in elektronsko krmiljenjem in čiščenjem, predstavljajo 40% stroškov. In 50% od 60%PEM ElectroliyzerStroški so membranska elektroda. Membranska elektroda vključuje tudi temeljne tehnologije, kot so katalizatorji plemenite kovine inProton Exchange Membrane.

Zato je zmanjšanje stroškov in izboljšanje učinkovitosti sistema za proizvodnjo vodika PEM v glavnem odvisno od membranske elektrode, kar predstavlja 50% celotnih stroškov. To je ključni dejavnik pri tem, ali lahko tehnologija proizvodnje vodika PEM doseže obsežno tržno uporabo. Z analizo elektrolizatorjev na ravni megavata PEM je mogoče ugotoviti, da trenutni izzivi, s katerimi se sooča sistem PEM, vključujejo visoke zmogljivosti in visoke stroške, visoko električno gostoto in življenjsko dobo storitve, visok pritisk in scenarije uporabe.

Visoka zmogljivostPEM Electroliyzerse odraža v vetrovi-polarnem sklopku, hitrem začetku in visoki čistosti in visoki moči proizvodnje vodika, vendar to spremlja tudi problem visokih stroškov. Ker komponente dragocenih kovin v sistemu niso bile učinkovito zamenjane, so stroški PEM elektrolizatorja 4 do 5 -krat večji stroški tradicionalne proizvodnje alkalne tekočega vodika.

Drugi je odnos med trenutno gostoto in življenjsko dobo. Trenutno oprema PEM in alkalni vodik na trgu povečujejo trenutno gostoto. Na podlagi istih stroškov opreme lahko povečanje trenutne gostote z 1A na 2A neposredno zmanjša stroške za 30% na 40%. Povečanje trenutne gostote lahko hitro zmanjša pritisk stroškov, vendar lahko tudi skrajša življenjsko dobo opreme.

To kaže, da je v procesu industrijskega delovanja ali projekta treba najti razumno stroškovno učinkovitost ali primeren razpon med trenutno gostoto in življenjsko dobo storitve, da dosežete ravnovesje med stroški in koristmi.

Izhodni tlak sistema PEM ima določene prednosti pred alkalno opremo za proizvodnjo vodika, ki lahko doseže 3-3,8 MPa, kar je še posebej primerno za proizvodnjo vodika v zemeljskem plinu in prevoz vodikovih cevovodov. Ta raven tlaka se ujema tudi z skupnim pritiskom cevovodov mestnega plina (približno 4 MPa).

Čeprav povpraševanje po visokem tlaku ni veliko v polprevodniku, je še posebej potrebno umetno diamant in nekaj farmacevtskih vmesnih industrij, je še posebej potrebno visokotlačno uporabo PEM elektrolizatorjev v energetskem polju, kot sta sekundarno čiščenje in povečanje tlaka.

Ii. Zmanjšanje stroškov in optimizacija PEM elektrolizarjev

Glede na trenutno stanjePEM elektrolizatorji, ključ do njihove obsežne aplikacije je zmanjšanje stroškov in optimizacijo zmogljivosti. Trenutno je zmanjšanje stroškov pri optimizaciji sistema katalizatorja za zmanjšanje stroškov, z uporabo visoko prevodnih podpornih materialov in njihovo nadomeščanje z visoko zmogljivostjoProton Exchange Membrane.

1. razvoj in uporaba nizkocestnih kovinskih elektrokatalizatorjev

▪ Zmanjšajte stroške proizvodnje

Z zmanjšanjem vsebnosti plemenitih kovin (platina, iridij in rutenija) in izboljšanjem učinkovitosti pripravljalnega procesa se lahko zmanjšajo proizvodni stroški elektrokatalizatorjev PEM elektrokatalizatorjev in izboljšamo tržno konkurenčnost izdelkov.

▪ Izboljšati stabilnost

S povečanjem dopinga nemetalnih elementov in izboljšanjem kristalne strukture je mogoče izboljšati stabilnost Elektrokatalizatorjev PEM elektrolizatorjev, zaradi česar so bolj stabilni in zanesljivi pri dejanski uporabi.

▪ Izboljšati uspešnost

S prilagoditvijo elektrokatalitične aktivnosti nezahtevnih kovin in povečanjem specifične površine lahko izboljšamo delovanje elektrokatalizatorjev PEM elektrolizatorja, aktivacijsko energijsko pregrado reakcije se lahko zmanjša in poveča hitrost reakcije.

2. Oblikovanje in priprava podpornih materialov z visoko prevodnostjo

▪ Izboljšati prevodnost

Z izbiro ustreznih podpornih materialov in povečanjem kontaktnega območja med katalizatorjem in podpornim materialom je mogoče izboljšati prevodnost elektrokatalizatorjev PEM elektrokatalizatorjev in se lahko izguba odpornosti med reakcijo zmanjša.

▪ Povečajte trdnost podpore

S povečanjem trdnosti in žilavosti podpornega materiala in izboljšanjem postopka priprave lahko izboljšamo trdnost elektrokatalizatorja Electrolizatorja PEM, da se katalizator med reakcijo prepreči, da bi se katalizator zlomil ali odpadel.

▪ Prilagodite mikrostrukturo

S prilagoditvijo mikrostrukture podpornega materiala in spreminjanjem transportne poti reaktantov se lahko prilagodi mikrostruktura elektrokatalizatorja PEM elektrolizatorja, da se še dodatno optimizira transport reaktantov in reakcijski postopek.

3. Optimizacija in izboljšanje strukture membrane protonske izmenjave

▪ Selektivna prepustna membrana

Prepustnost plina se lahko zmanjša z uvedbo selektivne prepustne membrane. Ta membrana omogoča le, da se skozi reakcijski plin prehaja, hkrati pa preprečuje prepustnost drugih plinov.

▪ Struktura sendviča

Prepustnost plina se lahko zmanjša s spreminjanjem strukture sendviča. Na primer, lahko uvedemo porozno plast blazine, da se PEM razdeli na več majhnih območij, da se zmanjša križanec plinskih izdelkov.

▪ Koeficient difuzije plina

Prepustnost plina se lahko zmanjša z zmanjšanjem koeficienta difuzije plina. To je mogoče doseči s povečanjem togosti polimerne verige, uvajanjem armaturnih materialov, izboljšanjem pogojev obdelave itd.

4. Optimizacija sestave gnojevke in izboljšanje fizikalnih lastnosti

▪ Optimizacija sestave gnojevke

Glede na potrebe prilagodite katalizator, nosilne komponente, ionomere in druge dodatne materiale v blatu, da optimizirajo njegovo delovanje.

▪ Izboljšanje fizikalnih lastnosti

Kakovost MEA je mogoče izboljšati z izboljšanjem fizikalnih lastnosti, kot so premer delcev, reologija in Zeta potencial v gnoji.

▪ Uvedba dodatnih funkcij

Življenje in zanesljivost MEA je mogoče izboljšati z uvedbo dodatnih funkcij, kot so antioksidanti in reducirajoča sredstva.

5. Izboljšanje in optimizacija ukrepov za obdelavo MEA

▪ Izbira metod prevleke

Glede na potrebe izberite ustrezne metode prevleke, kot so elektrokemijsko odlaganje, ultrazvočno razprševanje, prenos tiskanja itd. Za optimizacijo katalitičnih zmogljivosti MEA.

▪ Prenova opreme za prevleko

Glede na potrebe se obstoječa oprema prevleke obnovi za doseganje prevleke za roll-roll itd., Da bi zadovoljili industrijske potrebe.

▪ Spremljanje kakovosti premaza

Vzpostavite sistem za zaznavanje kakovosti prevleke za spremljanje in povratne informacije o nadzoru kakovosti prevleke v realnem času, da zagotovite kakovost MEA.