PEM-elektrolysetechnologie versus ALK-elektrolysetechnologie: welke technologie heeft uw voorkeur?

Waterstof, als een milieuvriendelijke, hernieuwbare en schone energiebron met een hoge energiedichtheid, wordt een kernrichting in de energietransitie. De productie van waterstof door middel van water-elektrolyse is de gangbare technologie voor de productie van groene waterstof, en de technologische concurrentie tussen protonuitwisselingsmembraanelektrolyzers (PEM) en alkalische elektrolyzers (ALK) is altijd een belangrijk onderwerp van discussie geweest in de industrie. We zullen een gedetailleerde bespreking en vergelijking maken van de kernkenmerken van deze twee technologieën.

1. Kernprincipe:

PEM-elektrolyzer: Gebruikt zuiver water als elektrolyt en een protonenuitwisselingsmembraan om waterstofionen (H+) te geleiden en gassen te isoleren. Aan de anodezijde wordt water gebruikt als reactant voor de oxidatiereactie (OER), waarbij zuurstof (O2) en waterstofionen worden gegenereerd; onder invloed van een elektrisch veld migreren de waterstofionen door het protonenuitwisselingsmembraan naar de kathode, waar ze een reductiereactie (HER) ondergaan om waterstofgas te produceren.

Alkalische elektrolytische cel: Met een alkalische oplossing van 30% kaliumhydroxide (KOH) als elektrolyt worden hydroxide-ionen (OH⁻) via een membraan geleid. Watermoleculen aan de kathodezijde nemen elektronen op en ondergaan een reductiereactie, waarbij waterstofgas (H₂) en hydroxide-ionen ontstaan. Onder invloed van het elektrische veld migreren de hydroxide-ionen naar de anode en ondergaan een oxidatiereactie, waarbij uiteindelijk zuurstof en watermoleculen worden gevormd. Het specifieke reactiemechanisme wordt weergegeven in het onderstaande diagram:

Vergelijkende tabel van technologieën voor waterstofproductie door middel van water-elektrolyse

2. Belangrijkste prestatievergelijking:

De vergelijkingstabel van de technologieën laat zien dat PEM-waterelektrolyse voor waterstofproductie een dynamische responsnelheid van het tweede niveau en een breed aanpassingsvermogen voor de belasting biedt, waardoor het geschikt is voor de intermitterende stroomvoorziening van wind- en zonne-energie. De afhankelijkheid van edelmetaalkatalysatoren zoals iridium en platina, en hoogwaardige bipolaire plaatmaterialen zoals titaniumlegeringen, resulteert echter in hoge productiekosten, wat de grootschalige toepassing ervan beperkt. Alkalische waterelektrolyse voor waterstofproductie daarentegen is sterk geïndustrialiseerd en heeft zich al lang bewezen op de markt. Het vereist geen edelmetaalkatalysatoren, wat resulteert in lagere totale apparatuurkosten. Bovendien maakt de lange levensduur grootschalige toepassingen op gigawatt-schaal mogelijk, waardoor het momenteel de meest gangbare technologie voor waterstofproductie is.

3. Structurele verschillen:

De PEM- en ALK-waterstofproductietechnologieën komen ook tot uiting in het ontwerp en de materiaalkeuze van hun componenten:

3.1 Bipolaire plaat:

De elektroden van de PEM-elektrolysecel zijn gemaakt van hoogwaardige materialen zoals titaniumplaten en zijn voorbehandeld. Een platina (Pt)-coating wordt op het elektrodeoppervlak aangebracht om oxidatie te voorkomen. De bipolaire platen van de alkalische elektrolysecel zijn gemaakt van koolstofstaal of zuiver nikkel, gelast aan het elektrodeframe en vervolgens vernikkeld. Beide typen bipolaire platen vervullen meerdere functies, waaronder geleiding, ondersteuning en mediumoverdracht.

3.2 Kerncomponenten:

PEM-elektrolyzers zijn structureel uitgerust met een extra gasdiffusielaag (GDL), waarbij koolstofhoudende materialen (zoals koolstofpapier en koolstofdoek) voor de kathode en titaniumhoudende materialen (zoals titaniumgaas en poreus titaniumschuim) voor de anode worden gebruikt. Dit zorgt voor een nauwkeurige regeling van de gas-vloeistofmassaoverdracht en optimaliseert de reactie-interface. De kernreactie-eenheid – de membraanelektrode-assemblage (MEA) – maakt gebruik van een met katalysator gecoate membraanstructuur (CCM), die wordt vervaardigd via spuit- of rolcoatingprocessen. De procesprecisie van deze assemblage heeft een directe invloed op de efficiëntie van de elektrolyzer. Alkalische elektrolyzers daarentegen hebben geen gasdiffusielaag nodig; hun kernproces richt zich op het nauwkeurig afstemmen van het membraan en de elektrode.

3.3 Katalysatoren en membraanmaterialen:

De PEM-elektrolyzer gebruikt iridium (Ir) en zijn oxiden (zoals IrO₂) als anode en een platina-koolstof (Pt/C) katalysator als primaire kathodekatalysator. Het protonenuitwisselingsmembraan is hoofdzakelijk een perfluorsulfonzuurmembraan (zoals Nafion) om een ​​efficiënte waterstofionengeleiding te garanderen. De alkalische elektrolyzer biedt meer flexibiliteit in de katalysatorkeuze, waardoor edelmetalen (Pt, Pd, Au, Ag, enz.), overgangsmetalen of koolstofhoudende materialen (Fe, Co, Ni, enz.) kunnen worden gebruikt. Het membraan bestaat voornamelijk uit PPS-membranen of composietmembranen om een ​​effectieve hydroxide-ionengeleiding en gas-vloeistofscheiding te garanderen.

4. Samenvatting:

PEM-elektrolyzers, met hun snelle respons en efficiënte reiniging, hebben onvervangbare voordelen in decentrale groene waterstofprojecten en scenario's voor het gebruik van hernieuwbare energie, en vormen de kernrichting voor toekomstige technologische verbeteringen; terwijl alkalische elektrolyzers, met hun volwassen, stabiele en kostenbeheersbare eigenschappen, dominant zullen blijven in grootschalige industriële waterstofproductie en scenario's voor een stabiele waterstofvoorziening op lange termijn.

Er bestaat geen inherente superioriteit of inferioriteit tussen technische benaderingen; de belangrijkste factor is de aanpasbaarheid aan de gegeven situatie. Welke technische benadering ziet u als de meest veelbelovende voor de toekomst?

Veelgestelde vragen:

1. Wie zijn wij?
Rubri is gevestigd in Anhui, China, en bestaat sinds 2011. Het bedrijf verkoopt aan Zuidoost-Azië, Noord-Amerika, Oost-Europa en Zuid-Azië.

2. Welke complete industriële dienstverlening biedt u aan voor de productie van waterstof via alkalische water-elektrolyse?

Rubri levert complete diensten voor de hele industrie, waaronder systemen voor de productie van waterstof via alkalische water-elektrolyse, elektrolyzers, apparatuur voor gas-vloeistofscheiding en -zuivering, plus productielijnen voor elektrolyzers, installatie, vervanging en technisch advies.

3. Welke complete industriële dienstverlening biedt u aan voor waterstofproductie via PEM-water elektrolyse?

Rubri levert diverse BOP-onderdelen en complete systemen voor het gehele PEM-waterstofproductieproces.

4. Waarom zou u bij ons kopen en niet bij andere leveranciers?

Rubri beschikt over een ervaren en professioneel team voor technisch onderzoek en ontwikkeling. Ze hebben expertise in het afstemmen van besturingssystemen, R&D en kwaliteitscontrole. Dankzij de geïntegreerde toeleveringsketen profiteren ze van een prijsvoordeel.