Ανάλυση του καταλύτη για το PEM Electrolyzer

1. Εισαγωγή στην ηλεκτρόλυση νερού PEM για παραγωγή υδρογόνου

Ηλεκτρολύτης PEMγια την παραγωγή υδρογόνου, επίσης γνωστή ωςμεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίωνΗ ηλεκτρόλυση νερού για την παραγωγή υδρογόνου, αναφέρεται σε μια διαδικασία παραγωγής υδρογόνου που χρησιμοποιεί μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων ως στερεό ηλεκτρολύτη και χρησιμοποιεί καθαρό νερό ως πρώτη ύλη για ηλεκτρόλυση νερού για την παραγωγή υδρογόνου.

Σε σύγκριση με την τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου αλκαλικού νερού, η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου υδρογόνου PEM έχει τα πλεονεκτήματα της μεγάλης πυκνότητας ρεύματος, της υψηλής καθαρότητας του υδρογόνου και της ταχύτητας γρήγορης απόκρισης. Η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου PEM νερού έχει υψηλότερη απόδοση εργασίας.

Ωστόσο, από τότεΗλεκτρολύτες PEMΠρέπει να λειτουργούν σε ένα πολύ όξινο και πολύ οξειδωτικό εργασιακό περιβάλλον, ο εξοπλισμός εξαρτάται περισσότερο από δαπανηρά μεταλλικά υλικά όπως το ιριδόμενο, το πλατίνα, το τιτάνιο κλπ., με αποτέλεσμα το υψηλό κόστος.

Ηλεκτρολύτης PEM

2. PEM Water Electrolysis Bedrona Prowontion

Η παραγωγή υδρογόνου PEM χωρίζεται κυρίως στα ακόλουθα τέσσερα βήματα.

1. Η ηλεκτρόλυση νερού και η εξέλιξη του οξυγόνου

Το νερό (2Η2Ο) υφίσταται αντίδραση υδρόλυσης στο θετικό ηλεκτρόδιο και χωρίζεται σε πρωτόνια (4Η+), ηλεκτρόνια (4Ε-) και αέρια οξυγόνο (Ο2) υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου και του καταλύτη, όπως φαίνεται στην εξίσωση (1).

2H2O = 4H ++ 4E-+O2 (1)

2. Ανταλλαγή πρωτονίων

Το 4H+ διέρχεται από το στερεό PEM που περιέχει λειτουργικές ομάδες σουλφονικού οξέος και φτάνει στο αρνητικό ηλεκτρόδιο κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου.

3. Ηλεκτρονική αγωγιμότητα

Τα 4e-ηλεκτρόνια περνούν από το θετικό ηλεκτρόδιο στο αρνητικό ηλεκτρόδιο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος.

4. Εξέλιξη αερίου υδρογόνου

Το 4H+ που φτάνει στο αρνητικό ηλεκτρόδιο παίρνει 4e- για να παράγει 2Η2, όπως φαίνεται στην εξίσωση (2).

4H ++ 4E- = 2Η2 (2)

3. Catalyst παραγωγής υδρογόνου PEM Water Electrolysis

Το κοινό εμπορικό προϊόν της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων είναι οι μεμβράνες πολυμερούς πολυμερούς υπερφθοροφυλόφρονου οξέος. Ως εκ τούτου, το εργασιακό περιβάλλον του ηλεκτροδίου μεμβράνης παραγωγής υδρογόνου PEM είναι εξαιρετικά όξινο. Τα υλικά κάθε συστατικού πρέπει να εξετάσουν την αντίσταση στη διάβρωση και ο καταλύτης δεν αποτελεί εξαίρεση. Γενικά, πολύτιμα μέταλλα όπως πλατίνα, ιρίδιο, ρουθηνή κ.λπ.

Οι καταλύτες της καθόδου και η άνοδος του PEM Electrolyzer για την παραγωγή υδρογόνου είναι διαφορετικές. Η κάθοδος είναι ένακαταλύτης άνθρακα πλατίνας, και η άνοδος είναι γενικά ένας καταλύτης με βάση το ιρίδιο, όπως το διοξείδιο του ιριδίου και το μαύρο ιρίδιο. Η χαμηλή χωρητικότητα φορτίου είναι μία από τις μελλοντικές κατευθύνσεις τεχνολογικής ανάπτυξης. Επιπλέον, η βελτιστοποίηση της καταλυτικής δομής και η ανακύκλωση των πολύτιμων μεταλλικών απόβλητα είναι επίσης καυτά θέματα στον κλάδο.

1. Εξέλιξη υδρογόνου καθόδου: καταλύτης άνθρακα Platinum

Ως καλός καταλύτης, το PT μπορεί να προσροφήσει τα μόρια υδρογόνου και να προάγει τη διάσπαση και είναι σήμερα η πρώτη επιλογή για εμπορική χρήση. Ο καταλύτης πλατίνας σε άνθρακα, που αναφέρεται ως ωςPT/C, επίσης γνωστή ως καταλύτης πλατίνας σε άνθρακα, αναφέρεται σε έναν καταλύτη φορέα που φορτώνει την πλατίνα σε ενεργό άνθρακα και είναι μία από τις υποκατηγορίες των πολύτιμων μεταλλικών καταλυτών. Η φόρτωση PT είναι γενικά 0,4-0,6 mg/cm2.

Η μέθοδος χημικής μείωσης είναι σήμερα η συνηθέστερα χρησιμοποιούμενη μέθοδος παραγωγής καταλύτη άνθρακα πλατίνας. Αναφέρεται σε μια μέθοδο που χρησιμοποιεί ενεργό άνθρακα, αποσταγμένο νερό, διαλύτη εξαχλωροπλατινικού οξέος κλπ. Ως πρώτες ύλες και παράγει καταλύτη άνθρακα πλατίνας μέσω ανάμειξης και διάλυσης, υπερηχητικών δονήσεων, χημικής μείωσης και άλλων βημάτων.

2. Εξέλιξη οξυγόνου ανόδου: καταλύτης με βάση το iridium

Δεδομένου ότι η πλευρά της ανόδου είναι ένα περιβάλλον υψηλού οξυγόνου, ο ηλεκτροχημικός καταλύτης ανόδου μπορεί να επιλέξει μόνο μερικά πολύτιμα μεταλλικά στοιχεία και τα οξείδια τους όπως το IR, Ru, τα οποία είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στην οξείδωση και τη διάβρωση.

Το RuO2 και το IRO2 έχουν την καλύτερη καταλυτική δραστικότητα για ηλεκτροχημικές αντιδράσεις εξέλιξης οξυγόνου και το IRO2 έχει καλύτερη σταθερότητα, οπότε το IRO2 είναι το κύριο υλικό του καταλύτη εξέλιξης οξυγόνου.

Οι μέθοδοι παρασκευής του οξειδίου του ιριδίου περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο θερμικής οξείδωσης, τη μέθοδο χημικής κατακρήμνισης, τη μέθοδο τήξης ADAMS (ADMAS), τη μέθοδο Sol-Gel, κλπ. Για παράδειγμα, η μέθοδος χημικής βροχόπτωσης συνήθως προσθέτει αλκάλιο (όπως το υδροξείδιο του νατρίου). εκτελείται για να ληφθεί οξείδιο του ιριδίου.