Преглед на PEM производството на водород чрез водна електролиза II

Преглед на PEM производството на водород чрез водна електролиза II

Компоненти на Electrolzer Stack

Компонентите, използвани в PEM електролиза са критични за стека с добра производителност и издръжливост. Ключовите компоненти включват биполярни пластини, колектори на ток и мембранни електродни възли (MEA). Биполярните плочи имат задачата да разпределят равномерно водата през токоотводите (или дифузионната среда) вътре в клетката. Характеристиките на биполярните плочи са предизвикателство за всеки клас материали поради наличието на кислород, кисела среда и високо пренапрежение. Дизайнът и изборът на материал на биполярни плочи в PEMWE са критични въпроси за учени и инженери.

Основните функции на биполярните пластини в PEMWE са следните:
1. Провеждайте електрони, за да завършите веригата и свържете отделни клетки последователно, за да образувате батериен пакет
2. Осигурете път на потока за равномерно разпределение на водата върху токоотвода (или дифузионна среда)
3. Разделете кислорода и водорода
4. Осигурете структура за поддържане на мембранните електроди за батерията
5. Осигурете топлопроводимост за управление на температурата на електролизера

За да изпълнява тези важни функции, материалът на биполярната плоча трябва да има специални свойства, като висока електрическа и топлопроводимост, ниска газопропускливост, висока механична якост и устойчивост на корозия.

Понастоящем в биполярните плочи се използват различни материали, включително титан, графит и неръждаема стомана с покритие. Въпреки това, графитът не гарантира висока производителност в PEMWE поради високата си скорост на корозия и ниската механична якост. Титанът има отлични свойства, но образува пасивен оксиден слой, който намалява неговото контактно съпротивление и топлопроводимост. Това явление може да влоши производителността на стека с течение на времето. Покритите със злато титанови биполярни плочи също са изследвани с добри резултати по отношение на стабилността. Този процес обаче увеличава цената на компонентите. Неръждаемата стомана с покритие е по-евтина алтернатива на титана, но малките дефекти в покритието излагат метала на корозия. Корозията на метала води до разрушаване на покритието, което увеличава омичното съпротивление. В допълнение, разтворените метални йони дифундират в PEM мембраната и намаляват йонната проводимост, което води до повишено разграждане на мембраната.

Биполярните плочи и дифузионните слоеве са по-скъпите компоненти в PEMWE. Дифузионният слой има функцията да пренася електрони от каталитичния слой към биполярните плочи и да отстранява газовете (водород и кислород) от каталитичния слой. Следователно порьозността и проводимостта са важни параметри за дифузионния слой. Размерът и структурата на порите са критични фактори, тъй като газовете трябва да се изпускат от клетката и водата се задържа близо до каталитичния слой. Неправилната структура на порите може да увеличи напрежението на клетката с до 100 mV при 2 A cm−2.