Visão geral da produção de hidrogênio PEM por eletrólise de água II

Visão geral da produção de hidrogênio PEM por eletrólise de água II

Componentes da pilha Electrolzer

Os componentes usados em Eletrólise PEM são fundamentais para uma pilha com bom desempenho e durabilidade. Os principais componentes incluem placas bipolares, coletores de corrente e conjuntos de eletrodos de membrana (MEAs). As placas bipolares têm a função de distribuir uniformemente a água pelos coletores de corrente (ou meios de difusão) dentro da célula. As características das placas bipolares são desafiadoras para qualquer classe de materiais devido à presença de oxigênio, ambiente ácido e alta sobretensão. O projeto e a seleção de materiais das placas bipolares no PEMWE são questões críticas para cientistas e engenheiros.

As principais funções das placas bipolares no PEMWE são as seguintes:
1. Conduza elétrons para completar o circuito e conecte células individuais em série para formar uma bateria
2. Fornece um caminho de fluxo para distribuir uniformemente a água no coletor de corrente (ou meio de difusão)
3. Separar oxigênio e hidrogênio
4. Forneça uma estrutura para apoiar os eletrodos de membrana da bateria
5. Fornece condução de calor para gerenciar a temperatura do eletrolisador

Para desempenhar essas importantes funções, o material da placa bipolar deve possuir propriedades especiais, como alta condutividade elétrica e térmica, baixa permeabilidade a gases, alta resistência mecânica e resistência à corrosão.

Atualmente, uma variedade de materiais são usados em placas bipolares, incluindo titânio, grafite e aço inoxidável revestido. Porém, o grafite não garante alto desempenho no PEMWE devido à sua alta taxa de corrosão e baixa resistência mecânica. O titânio possui excelentes propriedades, mas forma uma camada de óxido passiva que reduz sua resistência de contato e condutividade térmica. Esse fenômeno pode degradar o desempenho da pilha ao longo do tempo. Placas bipolares de titânio revestidas a ouro também foram estudadas, com bons resultados em termos de estabilidade. No entanto, este processo aumenta o custo dos componentes. O aço inoxidável revestido é uma alternativa mais barata ao titânio, mas pequenos defeitos no revestimento expõem o metal à corrosão. A corrosão do metal leva à destruição do revestimento, o que aumenta a resistência ôhmica. Além disso, os íons metálicos dissolvidos se difundem na membrana PEM e reduzem a condutividade iônica, resultando no aumento da degradação da membrana.

As placas bipolares e as camadas de difusão são os componentes mais caros de um PEMWE. A camada de difusão tem a função de transferir elétrons da camada catalítica para as placas bipolares e retirar gases (hidrogênio e oxigênio) da camada catalítica. A porosidade e a condutividade são, portanto, parâmetros importantes para a camada de difusão. O tamanho e a estrutura dos poros são fatores críticos porque os gases devem ser expelidos da célula e a água é mantida perto da camada catalítica. A estrutura inadequada dos poros pode aumentar a voltagem da célula em até 100 mV a 2 A cm-2.