Дизајн на густина на висока струја на PEM електролицер

Мембрана за размена на протон (ПЕМ)Технологијата за електролиза на вода има значителни предности како што се висока густина на струјата, висок оперативен притисок, работа со диференцијален притисок и широк опсег на прилагодување на моќноста. Има одлична прилагодливост на ветерната енергија и фотоволтаиците и има огромен потенцијал на пазарот. Сепак, цената наPEM електролизерие сè уште релативно висока. Меѓу начините за намалување на цената на електролицеровата технологија PEM, зголемувањето на тековната густина се препознава како примарно решение. Значи, од кои агли треба да ги разгледаме и дизајнираме да ја зголемиме сегашната густина наPEM електролизери?

Тимот за R&D на Vet Energy ќе ви го открие.

Горната граница на тековната густина што може да се постигне воPEM електролизери

Анодата катализатор иЕлектрода на мембранаОдредете ја горната граница на тековната густина што може да се постигне. Во моментов, електролизерите генерално можат да достигнат ниво на апликација од повеќе од 2А/см2. Во однос на катализаторите, литературата известува дека неговото техничко ниво е 6-10A/cm². Меѓутоа, кога станува збор за чекорот за верификација на мембраната, перформансите на некои катализатори не можат да го положат тестот. Во целиот процес на верификација, најтешко е зголемувањето на големината, што предизвикува нови промени во електричното поле, полето на проток, итн. Поради големината. Бидејќи големината на електродата ќе предизвика нерамномерна дистрибуција на електричното поле и различно однесување на масовно пренесување на големи електроди, каталитичката изведба на мали електроди е тешко да се претвори во каталитичка изведба на густина со голема струја со големи димензии. Затоа, потребни се поефикасни и методи за тестирање на стабилност и трајност за заштеда на време за да се забрза брзината на итерација на верификација.

Од друга страна, потенките мембрани за размена на протони имаат значителни придобивки за подобрување на густината на струјата. Традиционалната мембрана N115 е релативно безбеден избор, но кога предизвикува голема густина на струјата, очигледно е дека мембраната за размена на протони треба да биде исклучително тенка. Без оглед на тоа дали се користи засилен слој, идната мембрана за размена на протолиза на електролиза PEM во вода PEM најверојатно ќе достигне скала под 50μm.

Дизајн што влијае на зголемувањето на густината на струјата

Прво, во дизајнот на PTL, мора да се земат предвид построги услови за пренесување на масовно гас-течноста. Високата густина на струјата не само што носи интензивно пренесување на масата, туку ја зголемува и дисипацијата на топлина. Не само што мора да се пресмета потрошувачката на вода реакција, туку и проблемот со локалното прегревање, исто така, мора да се реши. Влијанието на високата густина на струјата врзПЕМ Електролизери на водае дека дисипацијата на топлина се јавува главно на мембраната поради преносот на протонот, а потоа и на слојот на катализаторот поради трансфер на електрони во интерфејсот. Вишокот на генерирана топлина мора да се отстрани за да се одржи термичката стабилност на најчесто користената мембрана базирана на PFSA на максимална температура на прагот од околу 90 ° C. Покрај тоа, термичкото управување е клучно за да се спречат термички градиенти што можат да се создадат со оток на полимер на перфлуоросулфонска киселина (PFSA), деградација на катализаторот и механички стрес.

Вториот е отпорност на системот. Кога се зголемува сегашната густина, отпорот во системот е почувствителен фактор. Општо земено, мембраната опфаќа најголем дел, а отпорноста на мембраната е поголема од отпорноста на контакт со интерфејс и отпорноста на телото на електродата и металната плоча. Отпорноста на мембраната е често еквивалентна на отпорноста на јонскиот транспорт во системот.PEM електролизерисе многу различни од алкалните електролизери во овој поглед и нема потреба да се разгледува проблемот со wallидот на меурчиња предизвикан од зголемувањето на густината на тековната густина засега. Како и да е, исто така е неопходно да се биде буден во врска со влијанието на прекумерните меурчиња врз транспортот на вода. Некои градиентни PTL дизајни се користат за решавање на овој проблем.

(Слика: Главни фактори кои влијаат на внатрешниот отпор на електролизерот)

Други ефекти врз електролизерот по зголемувањето на тековната густина

Покрај управувањето со гас-течноста споменати погоре, водородното пропустливост ќе се зголеми значително по зголемувањето на сегашната густина. Според практичното искуство, содржината на водород во кислород постепено се намалува во процесот на зголемување на електричната густина од ниско до високо. Во комбинација со извештаи во некоја литература, откривме дека овој закон важи само во одреден опсег. Флуксот на водородното пропустливост продолжува да се зголемува со зголемувањето на густината на струјата. Поради засилувањето на вкупната количина на реакција, водородот во кислород се намалува со зголемувањето на електричната густина во одреден опсег. Како и да е, во поголем опсег на електрична густина, ефектот на презаситеност ќе предизвика да се зголеми концентрацијата на водородот во кислородот со зголемувањето на електричната густина.

(Слика: Суспензаситена пропуст на водород)

Во однос на инженерските проблеми, зголемувањето на тековната густина, исто така, ќе стави поголеми барања за стабилноста на облогата и стабилноста на PTL слојот. Тимот за истражување и развој на VET Energy сè уште ги тестира овие проблеми.

Накратко, електролизерите на ПЕМ имаат материјална основа да достигнат ниво од повеќе од 5А/см² во иднина. Во развојот на производот на опрема за производство на водород, треба да се изврши подетална работа на инженерскиот дизајн и дебагирање на доверливоста на електролизерот.