PEM технология за електролиза срещу ALK технология за електролиза: Коя технология предпочитате?

Водородът, като незамърсяващ, възобновяем и чист енергиен източник, и с високата си енергийна плътност, се превръща в основна насока за развитие в процеса на енергиен преход. Производството на водород чрез водна електролиза е основната технология за производство на зелен водород, а технологичната конкуренция между... електролизатори с мембранен обмен на протони (ПЕМ) и алкални електролизатори (ALK) винаги е била във фокуса на дискусиите в индустрията. Ще проведем подробно обсъждане и сравнение на основните характеристики на тези две технологии.

1. Основен принцип:

PEM електролизатор: Използва чиста вода като електролит и използва протоннообменна мембрана за провеждане на водородни йони (H+) и изолиране на газове. От страната на анода водата се използва като реагент за окислителна реакция (OER), генерирайки кислород (O2) и водородни йони; под въздействието на електрическо поле водородните йони мигрират през протоннообменната мембрана към катода, където претърпяват редукционна реакция (HER), за да генерират водороден газ.

Алкална електролитна клетка: Използвайки 30% алкален разтвор на калиев хидроксид (KOH) като електролит, хидроксидните йони (OH⁻) се провеждат през диафрагма. .Водните молекули от страната на катода получават електрони и претърпяват редукционна реакция, генерирайки водороден газ (H₂) и хидроксидни йони. Под въздействието на електрическото поле хидроксидните йони мигрират към анода и претърпяват окислителна реакция, като в крайна сметка генерират кислородни и водни молекули. Специфичният механизъм на реакцията е показан на диаграмата по-долу:

Сравнителна таблица на технологиите за производство на водород чрез електролиза на вода

2. Сравнение на ключовите показатели за производителност:

Таблицата за сравнение на технологиите показва, че PEM водната електролиза за производство на водород предлага динамична скорост на реакция от второ ниво и широка възможност за регулиране на натоварването, което я прави адаптивна към характеристиките на прекъсващото захранване на вятърната и слънчевата енергия. Въпреки това, зависимостта ѝ от катализатори от благородни метали като иридий и платина, и високоефективни биполярни плоски материали като титаниеви сплави, води до високи производствени разходи за оборудване, което ограничава широкомащабното ѝ приложение. Алкалната водна електролиза за производство на водород, от друга страна, има висока степен на индустриализация и е претърпяла дългосрочно пазарно валидиране. Тя не изисква катализатори от благородни метали, което води до по-ниски общи разходи за оборудване. Освен това, дългият ѝ експлоатационен живот улеснява постигането на мащабни приложения в гигаватов мащаб, което я прави настоящата основна технология за производство на водород.

3. Структурни разлики:

Технологиите за производство на водород PEM и ALK също са отразени в дизайна и избора на материали за техните компоненти:

3.1 Биполярна пластина:

Електродите за PEM електролитни клетки са изработени от високоефективни материали като титаниеви плочи и са предварително покрити. Върху повърхността на електрода се нанася платинено (Pt) покритие, за да се предотврати окисляването. Биполярните плочи на алкалните електролитни клетки са изработени от въглеродна стомана или чист никел, заварени са към рамката на електрода и след това са никелирани. И двата вида биполярни плочи изпълняват множество функции, включително проводимост, опора и пренос на среда.

3.2 Основни компоненти:

PEM електролизаторите са структурно оборудвани с допълнителен газодифузионен слой (GDL), използващ материали на въглеродна основа (като индиго хартия и въглеродна тъкан) за катода и материали на титанова основа (като титаниева мрежа и пореста титаниева пяна) за анода, като по този начин прецизно контролират баланса на масопреноса газ-течност и оптимизират средата на реакционния интерфейс. Основният реакционен блок – мембранният електроден възел (MEA) – използва структура от катализаторно покрита мембрана (CCM), изработена чрез пръскане или ролково нанасяне. Прецизността на процеса на този възел влияе пряко върху ефективността на електролизатора. За разлика от тях, алкалните електролизатори не изискват газодифузионен слой; основният им процес се фокусира върху съчетаването на дизайна на мембраната и електрода.

3.3 Катализатори и мембранни материали:

PEM електролизаторът използва иридий (Ir) и неговите оксиди (като IrO₂) като анод, а платиново-въглероден (Pt/C) катализатор като основен катоден катализатор. Протоннообменната мембрана е основно перфлуоросулфонова киселинна мембрана (като Nafion), за да се осигури ефективна проводимост на водородни йони. Алкалният електролизатор предлага по-голяма гъвкавост при избора на катализатор, позволявайки използването на благородни метали (Pt, Pd, Au, Ag и др.), преходни метали или материали на въглеродна основа (Fe, Co, Ni и др.). Мембраната използва предимно PPS мембрани или композитни мембрани, за да осигури ефективна проводимост на хидроксидни йони и разделяне газ-течност.

4. Резюме:

PEM електролизаторите, с бързата си реакция и ефективно почистване, имат незаменими предимства в разпределените проекти за зелен водород и сценариите за потребление на възобновяема енергия и са основната насока за бъдещи технологични подобрения; докато алкалните електролизатори, със своите зрели, стабилни и контролируеми от гледна точка на разходите характеристики, ще продължат да доминират в мащабното промишлено производство на водород и сценариите за дългосрочно стабилно снабдяване с водород.

Няма присъщо превъзходство или по-нискост между техническите подходи; ключовото съображение е адаптивността към дадения сценарий. Кой технически подход според вас има най-обещаващ бъдещ потенциал?

ЧЗВ:

1. Кои сме ние?
Rubri са базирани в Анхуей, Китай, започват дейност от 2011 г., продават в Югоизточна Азия, Северна Америка, Източна Европа и Южна Азия.

2. Какви услуги от пълния индустриален бранш предлагате за производство на водород чрез алкална електролиза?

Rubri предоставя пълни услуги за веригата на индустрията, включително системи за производство на водород чрез алкална електролиза на вода, електролизатори, оборудване за разделяне и пречистване на газ-течност, както и производствени линии за електролизатори, монтаж, подмяна и техническо ръководство.

3. Какви услуги от цялата индустриална верига предлагате за производство на водород чрез PEM електролиза на вода?

Rubri предлага различни части за превенторни преобразуватели (BOP) и цялостни системи за целия процес на производство на водород от PEM.

4. Защо трябва да купувате от нас, а не от други доставчици?

Rubri разполага с опитен професионален екип за технически изследвания и разработки. Способност за съчетаване на системи за управление/НИРД и способност за контрол на качеството. Ценово предимство, осигурено от възможностите за интеграция на веригата за доставки.