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Desarrollo de la tecnología de electrólisis del agua Aug 26, 2021


La electrólisis de agua para la producción de hidrógeno incluye principalmente AWE, PEM, membrana de intercambio aniónico de polímero sólido (AEM) y óxido sólido (SOE). AWE es el primero y y la mas madura Tecnología de electrólisis de agua industrializada. En los últimos años, la industrialización de la tecnología de electrólisis de agua PEM se ha desarrollado rápidamente, la tecnología de electrólisis de agua SOE se encuentra en la etapa preliminar de demostración y la tecnología de electrólisis de agua AEM apenas está comenzando. La tecnología AWE es fácil de implementar y aplicar rápidamente para resolver la absorción de energía renovable en un futuro cercano. La tecnología de electrólisis de agua PEM tiene una alta densidad de corriente, y el electrolizador es de tamaño pequeño, flexible para óperate , y propicio para un cambio de carga rápido. Tiene una buena combinación con la energía eólica y fotovoltaica (volatilidad y aleatoriedad de la generación de energía). Con la popularización y aplicación de electrolitos PEM ser , su costo puede ser se espera que disminuya rápidamente. El desarrollo de SOE y AEM electrólisis de agua depende del avance de la tecnología de materiales relacionados.


El electrolizador de agua PEM utiliza PEM para conducir los protones y aísla el gas a ambos lados del electrodo, evitando los inconvenientes asociados con el uso de AWE de un electrolito líquido alcalino fuerte. Agua PEM electrolizador utiliza PEM como electrolito y agua pura como reactivo. Además, la permeabilidad del hidrógeno en PEM es baja y la pureza del hidrógeno generado es alta. Solo es necesario eliminar el vapor de agua. los electrolizador adopta una estructura de espacio cero, baja resistencia óhmica, mejora significativamente la eficiencia general del proceso electrolítico y el volumen es más compacto; El rango de control de presión es grande y la presión de salida de hidrógeno puede alcanzar varios megapascales, lo que puede adaptarse a la entrada de energía renovable que cambia rápidamente. Por lo tanto, la electrólisis PEM del agua para la producción de hidrógeno es una forma prometedora de tecnología de producción de hidrógeno verde. También debe tenerse en cuenta que el cuello de botella de PEM electrólisis de agua es el costo y Servicio vida. En el costo de electrolizador , la placa bipolar representa aproximadamente el 48%, el electrodo de membrana representa aproximadamente el 10%. El nivel avanzado internacional actual de PEM es: el rendimiento de una sola batería es de 2 A· cm - 2 @ 2 V, la carga total de catalizador a base de platino es 2 ~ 3 Mg / cm2, el tiempo de funcionamiento estable es 6× 104 ~ 8× 104 h, y el costo de producción de hidrógeno es de aproximadamente $ 3.70 por kilogramo de hidrógeno. La investigación sobre la reducción del costo de PEM electrolizador se centra en los componentes centrales, como el catalizador, el electrodo de membrana basado en PEM, la capa de difusión de gas y la placa bipolar.


En 2003, la empresa Proton completó una prueba de funcionamiento continuo de celda PEM (6× 104 h) con una tasa de decaimiento de solo 4μ V / h. Según el objetivo técnico de 2030 propuesto por el Consorcio Europeo de Pilas de Combustible e Hidrógeno, la vida útil de la pila electrolítica debería alcanzar los 9× 104 h, y la tasa de atenuación debe ser estable en 0.4 ~ 15μ Vh en funcionamiento continuo. Muchos investigadores se centran en explorar el mecanismo de atenuación de las partes del electrolizador PEM, descubrieron que los catalizadores y el desprendimiento de la membrana, el cambio de flujo, la corrosión de la tubería de suministro de agua como el aumento de la impedancia de ohmios, inducirán que la estructura del electrodo de la membrana se dañe en ambos lados de la permeabilidad del gas. y la pureza del hidrógeno se reduce, los cambios de temperatura y presión, la densidad de corriente y la tasa de atenuación de potencia del ciclo de carga también pueden afectar a las piezas. El Instituto de Física Química de Dalian de la Academia de Ciencias de China llevó a cabo una prueba de atenuación de 7.800 horas en el electrolizador PEM y descubrió que la contaminación provenía principalmente del agua y los iones metálicos de los componentes de la celda. Se analiza la influencia del suministro de agua y la densidad de corriente en el rendimiento de la celda electrolítica PEM. Investigadores franceses han construido un modelo de celda electrolítica de 46 kW para predecir el funcionamiento de las fluctuaciones de energía. La eficiencia de la celda electrolítica alcanza el nivel más alto y puede adaptarse mejor a las fluctuaciones de energía cuando la temperatura es más alta y la presión es más baja.

En términos de promoción y aplicación, la tecnología de producción de hidrógeno de agua electrolítica PEM de China está experimentando cambios desde la investigación y el desarrollo de laboratorio hasta la comercialización y la aplicación a gran escala, y los proyectos de demostración se llevan a cabo gradualmente. Por ejemplo, el proyecto de demostración de hidrógeno de megavatios de State Grid Anhui Electric Power Co., Ltd. se completará y pondrá en funcionamiento a finales de 2021. Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences y Sungrow Power Supply Co., Ltd., estableció conjuntamente el Laboratorio Conjunto de Producción de hidrógeno de electrólisis de agua PEM, con el objetivo de abordar los problemas clave en la industrialización de la tecnología de electrólisis de agua PEM, como la actividad y estabilidad del catalizador barato, la permeabilidad de la membrana, la estructura del electrodo de membrana, etc. Para placas bipolares , capa de difusión, etc., el desarrollo de alta densidad de corriente y alto voltaje bajo la condición de tecnología de recubrimiento resistente a la corrosión barata, se enfoca en mejorar la eficiencia electrolítica, reduce el costo total.




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