Bốn cách sản xuất hydro bằng điện phân nước
Sản xuất hydro từ quá trình điện phân nước là sự phân ly của các phân tử nước dưới tác dụng của dòng điện một chiều để tạo ra oxy và hydro, được kết tủa từ cực dương và cực âm của tế bào điện phân. Ở cấp độ kỹ thuật, điện phân nước để sản xuất hydro chủ yếu được chia thành điện phân nước kiềm (AWE), điện phân nước PEM polyme rắn, điện phân nước màng trao đổi anion polyme rắn (AEM) và điện phân nước oxit rắn (SOE). Trong số đó, AWE là công nghệ điện phân nước được công nghiệp hóa sớm hơn với hàng chục năm kinh nghiệm ứng dụng và là công nghệ tương đối trưởng thành. Trong những năm gần đây, công nghệ điện phân nước PEM đã phát triển nhanh chóng trong điều kiện công nghiệp hóa, công nghệ điện phân nước SOE đang trong giai đoạn trình diễn ban đầu,
1. Điện phân kiềm của nước để sản xuất hydro
Màng ngăn của bể sản xuất hydro nước điện phân có thành phần chủ yếu là amiăng, có vai trò tách khí. Cực âm và cực dương chủ yếu được cấu tạo từ các hợp kim kim loại, chẳng hạn như hợp kim niken-molypden, chúng tách nước để tạo ra hydro và oxy. Chất điện phân của máy điện giải nước kiềm công nghiệp thường là dung dịch kali hydroxit với tỷ lệ khối lượng 20% ~ 30%, nhiệt độ hoạt động của máy điện phân là 70 ~ 80 ° C, mật độ dòng điện làm việc khoảng 0,25 ampe / cm vuông, và Áp suất khí tạo ra là 0,1 ~ 3,0 MPa, tổng hiệu suất là 62% ~ 82%. Sản xuất hydro từ nước kiềm là một công nghệ hoàn thiện với chi phí đầu tư và vận hành thấp, nhưng có những vấn đề như thất thoát dung dịch kiềm, ăn mòn và tiêu thụ nhiều năng lượng.
2. Sản xuất hydro bằng cách điện phân nước
Khác với điện phân nước để sản xuất hydro, màng trao đổi proton (PEM) điện phân nước để sản xuất hydro sử dụng màng trao đổi proton axit perfluorosulfonic có tính ổn định hóa học tốt, dẫn proton và tách khí thay vì màng amiăng như chất điện phân rắn, có thể ngăn chặn điện tử một cách hiệu quả. chuyển khoản. , nâng cao độ an toàn của máy điện phân. Các thành phần chính của máy điện phân PEM là màng trao đổi proton, các lớp xúc tác âm và dương, các lớp khuếch tán khí âm và dương, các tấm đầu cực âm và dương,… Từ trong ra ngoài. Trong đó, lớp khuếch tán, lớp xúc tác và màng trao đổi proton cấu thành nên điện cực màng, là nơi chính diễn ra quá trình chuyển vật chất và phản ứng điện hóa trong toàn bộ máy điện giải nước.
3. Sự điện phân oxit rắn ở nhiệt độ cao của nước để sản xuất hydro
Điện phân oxit rắn ở nhiệt độ cao của nước để sản xuất hydro khác với điện phân nước kiềm và điện phân nước PEM. Điện phân oxit rắn ở nhiệt độ cao của nước để sản xuất hydro sử dụng oxit rắn làm vật liệu điện phân, và nhiệt độ làm việc là 800 ~ 1000. Hiệu suất điện hóa của quá trình sản xuất hydro được cải thiện đáng kể và hiệu quả hơn.
Điện cực của tế bào điện phân SOEC sử dụng chất xúc tác phi kim loại quý, vật liệu catốt sử dụng gốm kim loại xốp Ni / YSZ, vật liệu anốt sử dụng oxit perovskite và chất điện phân sử dụng dây dẫn ion oxy YSZ. Cấu trúc vật liệu hoàn toàn bằng gốm tránh ăn mòn vật liệu. Môi trường làm việc nhiệt độ cao, độ ẩm cao hạn chế việc lựa chọn vật liệu có độ ổn định cao, độ bền tốt và chống suy hao cho bộ điện phân, đồng thời hạn chế việc lựa chọn kịch bản ứng dụng và quảng bá quy mô lớn công nghệ sản xuất hydro SOEC.
4. Điện phân nước màng trao đổi anion polyme rắn
Nghiên cứu về điện phân nước AEM chỉ mới bắt đầu. Trong vài năm qua, màng trao đổi anion cao phân tử (AEM) cho các thiết bị điện hóa đã được phát triển và điện phân kiềm sử dụng AEM có thể mang lại những ưu điểm của PEM và điện phân kiềm tuần hoàn chất lỏng.