Voordelen van PEM Waterelektrolyse Waterstofproductietechnologie

Voordelen van PEM Waterelektrolyse Waterstofproductie Technologie

Waterstofproductie door waterelektrolyse verwijst naar de dissociatie van watermoleculen in zuurstof en waterstof onder invloed van gelijkstroom, die respectievelijk uit de anode en kathode van de elektrolysator worden neergeslagen.

Afhankelijk van de verschillende materialen van het electrolyse-membraan wordt de waterstofproductie door waterelektrolyse gewoonlijk verdeeld in alkalische waterelektrolyse (ALK), protonenuitwisselingsmembraan (PEM) waterelektrolyse en vaste-oxide-waterelektrolyse op hoge temperatuur (SOEC). Onder hen verwijst de waterstofproductie van PEM-waterelektrolyse naar het waterstofproductieproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een protonenuitwisselingsmembraan als vaste elektrolyt en zuiver water als grondstof voor de elektrolyse van water om waterstof te produceren. De belangrijkste componenten van de PEM-waterelektrolysator zijn protonenuitwisselingsmembraan, anode- en kathodekatalysatorlaag, kathode- en kathodegasdiffusielaag, kathode- en kathode-eindplaten, enz. van binnen naar buiten. Onder hen vormen de diffusielaag, de katalysatorlaag en het protonenuitwisselingsmembraan de membraanelektrode, die de belangrijkste plaats is voor materiaaloverdracht en elektrochemische reactie van de gehele waterelektrolysator. De kenmerken en structuur van de membraanelektrode hebben rechtstreeks invloed op de prestaties en levensduur van de PEM-waterelektrolysator.

Vergeleken met de traditionele productie van waterstof door middel van alkalische waterelektrolyse, heeft de productie van PEM-waterstof de volgende voordelen:

(1) Hoge zuiverheid en geen vervuiling PEM-waterstofproductie maakt gebruik van vaste elektrolyt met protonenuitwisselingsmembraan, het gegenereerde gas hoeft niet met de-alkali te worden behandeld en de dikte van het microporeuze ionenmembraan op moleculair niveau is erg klein, wat niet gemakkelijk is om waterstof omgekeerde osmose te produceren. Het PEM-type heeft alleen zuiver water nodig, geen additieven, geen corrosieve vloeistoffen, het vervuilt dus het milieu niet en de gaszuiverheid is ook hoog; terwijl de traditionele alkalische elektrolyt 15% NaOH of 30% KOH moet toevoegen, is de elektrolyt dus zeer corrosief en gemakkelijk te produceren spoelvloeistof om de laadleiding te vervuilen.

(2) Hoge conversie-efficiëntie. De katalytische elektrode van het PEM-type is een microporeuze elektrode op moleculair niveau die stevig is bevestigd aan beide zijden van het ionenmembraan en de interne poriën ervan. Het is een katalytische elektrode op nulafstand met de voordelen van een groot reactieoppervlak en een hoge conversie-efficiëntie. De traditionele alkalische elektroden zijn echter beperkt tot een kleine afstand en de weerstand tussen de elektroden is groot, wat leidt tot een grotere stroom, hoge warmteontwikkeling en een lage conversie-efficiëntie.

(3) Lichtgewicht en klein formaat. De collectorstructuur van de tweetrapskamer in de elektrolysator van het PEM-type is compact en flexibel, waardoor de elektrolysator licht van gewicht en klein is. Het gewicht is slechts 1/3 van dat van een gewone elektrolyseur met dezelfde waterstofproductie. De voordelen zijn een nulafstand tussen de elektroden en een kleine interne weerstand van de cel. De collector in de elektrodekamer van een traditionele alkalische elektrolysator is niet elastisch, wat resulteert in een hoog warmteverlies aan elektrische energie en een lage conversie-efficiëntie.

(4) Aanpasbaar aan de volatiliteit van de opwekking van hernieuwbare energie
Het PEM waterelektrolyse-waterstofproductiesysteem heeft een hoge reactiesnelheid en past zich aan aan een dynamische werking, wat zeer geschikt is voor de ongelijkmatige, intermitterende en vluchtige transmissie van hernieuwbare energie zoals wind- en zonne-energie.

Vanuit technisch perspectief is de gebruikte elektrolytische cel compact van structuur, klein van formaat en bevorderlijk voor snelle veranderingen in de belasting. De elektrolytische cel heeft een hoog rendement, een hoge gaszuiverheid, een laag energieverbruik en een sterk verbeterde veiligheid en betrouwbaarheid, wat beter geschikt is voor de volatiliteit van hernieuwbare energie. Daarom wordt de PEM-waterelektrolysetechnologie geprezen als een van de meest veelbelovende waterstofproductietechnologieën voor waterelektrolyse op het gebied van waterstofproductie.

Omdat PEM-elektrolyzers echter in een zeer zure en oxiderende werkomgeving moeten werken, is de apparatuur meer afhankelijk van dure metalen materialen zoals iridium, platina en titanium, wat resulteert in buitensporig hoge kosten. Dit is ook het knelpunt dat de ontwikkeling van PEM-waterstofproductietechnologie en de richting van onderzoek en ontwikkeling beperkt.