Vantagens da tecnologia de produção de hidrogênio por eletrólise de água PEM

Vantagens de Produção de hidrogênio por eletrólise de água PEM Tecnologia

A produção de hidrogênio por eletrólise da água refere-se à dissociação de moléculas de água em oxigênio e hidrogênio sob a ação de corrente contínua, que são precipitados do ânodo e do cátodo do eletrolisador, respectivamente.

De acordo com os diferentes materiais do diafragma do eletrolisador, a produção de hidrogênio por eletrólise da água é geralmente dividida em eletrólise alcalina da água (ALK), eletrólise da água com membrana de troca de prótons (PEM) e eletrólise de água de óxido sólido de alta temperatura (SOEC). Entre eles, a produção de hidrogênio por eletrólise de água PEM refere-se ao processo de produção de hidrogênio usando membrana de troca de prótons como eletrólito sólido e água pura como matéria-prima para eletrólise de água para produzir hidrogênio. Os principais componentes do eletrolisador de água PEM são membrana de troca de prótons, camada de catalisador de ânodo e cátodo, camada de difusão de gás de cátodo e cátodo, placas terminais de cátodo e cátodo, etc. Entre eles, a camada de difusão, a camada de catalisador e a membrana de troca de prótons constituem o eletrodo de membrana, que é o principal local de transmissão de material e reação eletroquímica de todo o eletrolisador de água. As características e estrutura do eletrodo de membrana afetam diretamente o desempenho e a vida útil do eletrolisador de água PEM.

Em comparação com a produção tradicional de hidrogênio por eletrólise de água alcalina, a produção de hidrogênio PEM tem as seguintes vantagens:

(1) A produção de hidrogênio PEM de alta pureza e sem poluição usa eletrólito sólido de membrana de troca de prótons, o gás gerado não precisa ser tratado com desalcalino e a espessura da membrana de íon microporosa de nível molecular é muito pequena, o que não é fácil para produzir osmose reversa de hidrogênio. O tipo PEM requer apenas água pura, sem aditivos, sem líquidos corrosivos, por isso não polui o meio ambiente e a pureza do gás também é alta; enquanto o eletrólito alcalino tradicional precisa adicionar 15% de NaOH ou 30% de KOH, portanto, o eletrólito é altamente corrosivo e fácil de produzir líquido de lavagem para contaminar a tubulação de carga.

(2) Alta eficiência de conversão. O eletrodo catalítico tipo PEM é um eletrodo microporoso de nível molecular que está firmemente preso a ambos os lados da membrana iônica e aos seus poros internos. É um eletrodo catalítico de distância zero com as vantagens de grande área de reação e alta eficiência de conversão. No entanto, os eletrodos alcalinos tradicionais são limitados por uma pequena distância e a resistência entre eletrodos é grande, o que leva a uma corrente maior, alta geração de calor e baixa eficiência de conversão.

(3)Peso leve e tamanho pequeno. A estrutura do coletor da câmara de dois estágios no eletrolisador tipo PEM é compacta e flexível, tornando o eletrolisador leve e de tamanho pequeno. O peso é apenas 1/3 do peso de um eletrolisador comum com a mesma produção de hidrogênio. As vantagens são distância zero entre eletrodos e pequena resistência interna da célula. O coletor na câmara do eletrodo de um eletrolisador alcalino tradicional não é elástico, resultando em alta perda de calor de energia elétrica e baixa eficiência de conversão.

(4) Adaptável à volatilidade da geração de energia renovável
O sistema de produção de hidrogênio por eletrólise de água PEM tem uma velocidade de resposta rápida e se adapta à operação dinâmica, o que é muito adequado para a transmissão irregular, intermitente e volátil de energias renováveis, como energia eólica e solar.

Do ponto de vista técnico, a célula eletrolítica utilizada é compacta em estrutura, pequena em tamanho e propícia a rápidas mudanças de carga. A célula eletrolítica possui alta eficiência, alta pureza de gás, baixo consumo de energia e segurança e confiabilidade muito melhoradas, o que é mais adequado para a volatilidade da energia renovável. Portanto, a tecnologia de eletrólise de água PEM é aclamada como uma das tecnologias de produção de hidrogênio por eletrólise de água mais promissoras no campo da produção de hidrogênio.

No entanto, como os eletrolisadores PEM precisam operar em um ambiente de trabalho altamente ácido e oxidante, o equipamento depende mais de materiais metálicos caros, como irídio, platina e titânio, resultando em custos excessivamente elevados. Este é também o gargalo que restringe o desenvolvimento da tecnologia de produção de hidrogénio PEM e a direção da investigação e desenvolvimento.