PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos sistemos sudėtis

PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos sistema susideda išPEM elektrolizerisir pagalbinė sistema (BOP).

PEM elektrolizerisyra pagrindinė PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos įtaiso dalis. Pats paprasčiausias elektrolizerio komponentų vienetas yra elektrolitinė ląstelė. Priklausomai nuo galios, PEM elektrolizeris turi dešimtis ar net šimtus elektrolitinių ląstelių. Kiekvieną elektrolitinę ląstelę sudaro 5 dalys iš vidaus iki išorės, jos yraProtonų mainų membranos, katalizatorius,Dujų difuzijos sluoksnisirBipolinė plokštė.

PEM elektrolizerio vidinės struktūros schema

1. Protonų mainų membranos

Protonų mainų membrana yra viena iš pagrindinių komponentųPEM elektrolizeris. „PEM Electrolyzer“ protonų mainų membranoje veikia kaip protonų mainų kanalas ir kaip kliūtis, kad būtų išvengta katodo ir anodo susidarančio vandenilio ir deguonies, ir palaiko katalizatoriaus dangos palaikymą. Todėl protonų mainų membrana turi turėti ypač aukštą protonų laidumą ir oro sandarumą, o ypač mažą elektronų laidumą.

Tuo pačiu metu protonų mainų membrana taip pat turi turėti gerą cheminį stabilumą ir gali atlaikyti stiprią rūgštinę darbo aplinką; Stiprus hidrofiliškumas taip pat yra būtinas, kuris gali užkirsti kelią vietiniam protonų mainų membranos trūkumui ir išvengti sauso deginimo. Protono mainų membranos veikimas tiesiogiai veikia PEM elektrolizerio veikimo efektyvumą ir tarnavimo laiką.

Vis dar sunku apdoroti protonų mainų membraną. Palyginti su protonų mainų membrana, naudojama kuro elementuose (maždaug 10 mikronų storis), PEM elektrolizatoriuose naudojama protonų mainų membrana yra storesnė (150–200 mikronų), o tai yra labiau linkusi į patinimą ir deformaciją perdirbimo metu, o membranos patinimas yra didesnis, todėl apdorojimas yra sunkesnis.

2. Katalizatorius

Katodas ir anodo katalizatoriai yra svarbūs PEM elektrolizerio komponentai. Kadangi katodas ir anodo katalizatoriai yra elektrocheminių reakcijų vietos, katalizatoriai turi turėti gerą atsparumą korozijai, kataliziniam aktyvumui, elektroniniam laidumui ir poringumui, kad PEM elektrolizeris galėtų veikti stabiliai.

Palyginti su kuro elementais, PEM elektrolizatoriai labiau pasikliauja tauriųjų metalų medžiagomis, naudodamiesi katalizatoriais. Stiprioje PEM elektrolizatorių rūgštinėje veikiojoje aplinkoje nevaržomos metalo medžiagos yra jautrios korozijai ir gali sujungti su sulfonrūgštimi ir jonais protonų mainų membranoje, sumažinant protonų mainų membranos veikimą. Paprastai naudojamas katodų katalizatorius yra platinos anglies katalizatorius su anglimi kaip nešiklio medžiaga, o iridžio oksidas yra plačiausiai naudojamas anodo katalizatorius.

3. Dujų difuzijos sluoksnis

Dujų difuzijos sluoksnis, dar žinomas kaip dabartinis kolekcininkas, yra porėtas sluoksnis, įdėtas tarp anodo ir bipolinės plokštės. Dujų difuzijos sluoksnis yra tiltas, jungiantis bipolinę plokštelę ir katalizatoriaus sluoksnį, užtikrinantis dujų ir skysčio perdavimą tarp bipolinės plokštės ir katalizatoriaus sluoksnio ir užtikrinant efektyvų elektronų laidumą.

Anodo metu skystas vanduo į katalizatoriaus sluoksnį atliekamas per dujų difuzijos sluoksnį ir suskaidomas į deguonį, protonus ir elektronus. Per dujų difuzijos sluoksnį sugeneruotas deguonies srautas atgal į bipolinę plokštelę, protonų mainų membraną į katodą atliekami protonai, o elektronai atliekami į anodo bipolinę plokštelę per dujų difuzijos sluoksnį ir tada patenka į išorinę grandinę.

Katodo metu elektronai patenka į katodo katalizatoriaus sluoksnį iš išorinės grandinės per dujų difuzijos sluoksnį ir reaguoja su protonais, kad gautų vandenilį. Per dujų difuzijos sluoksnį generuoti vandenilio srautai į bipolinę plokštelę. Todėl, siekiant užtikrinti dujų ir skysčio transportavimo efektyvumą ir laidumą, dujų difuzijos sluoksnis turi turėti ir tinkamą poringumą, ir gerą laidumą, kad būtų užtikrintas elektronų perdavimo efektyvumas.

4. Bipolinė plokštė

Bipolinė plokštė yra ne tik atraminis membranos elektrodo ir dujų difuzijos sluoksnio komponentas, bet ir svarbus kanalas, skirtas suartėjusioms dujoms (vandeniliui ir deguonies) ir laidžiamoms elektronams. Bipolinės plokštelės abiejose anodo ir katodo pusėse atitinkamai sujungiamos katodo generuojamą vandenilį ir anodo sukuriamą deguonį ir juos išleidžia.

Todėl bipolinė plokštelė turi turėti didelį mechaninį stabilumą, cheminį stabilumą ir mažą vandenilio pralaidumą. Anode sugeneruoti elektronai patenka į išorinę grandinę per anodo bipolinę plokštelę, o tada įveskite katodo katalizatoriaus sluoksnį per katodo bipolinę plokštelę. Todėl bipolinė plokštelė taip pat turi turėti aukštą laidumą.

PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos įtaiso pagalbinė sistema apima keturias pagrindines sistemas: maitinimo sistemos, vandenilio džiovinimo ir valymo sistemą, dejonizuotą vandens sistemą ir aušinimo sistemą.