PEM elektrolizerio aukšto srovės tankio dizainas

Protonų mainų membranos (PEM)Vandens elektrolizės technologija turi didelių pranašumų, tokių kaip didelis srovės tankis, didelis veikimo slėgis, diferencinis slėgio veikimas ir plačios galios reguliavimo diapazonas. Jis puikiai pritaiko vėjo energiją ir fotoelektrą bei turi didžiulį rinkos potencialą. Tačiau išlaidosPEM elektrolizatoriaivis dar yra palyginti aukštas. Tarp būdų, kaip sumažinti PEM elektrolizerio technologijos sąnaudas, dabartinis tankis padidina pagrindinį sprendimą. Taigi, iš kurių kampų turėtume atsižvelgti ir suprojektuoti, kad padidintume dabartinį tankįPEM elektrolizatoriai?

„Vetering Energy“ mokslinių tyrimų ir plėtros komanda jums tai atskleis.

Viršutinė srovės tankio riba, kurią galima pasiektiPEM elektrolizatoriai

Anodo katalizatorius irmembranos elektrodasNustatykite viršutinę srovės tankio ribą, kurią galima pasiekti. Šiuo metu elektrolizatoriai paprastai gali pasiekti didesnį nei 2a/cm2 naudojimo lygį. Kalbant apie katalizatorius, literatūra praneša, kad jos techninis lygis yra 6–10A/cm². Tačiau kai kalbama apie atitinkamo membranos elektrodo patikrinimo etapą, kai kurių katalizatorių veikimas negali praeiti bandymo. Visame patikrinimo procese sunkiausias dalykas yra dydžio padidėjimas, kuris sukelia naujus elektrinio lauko, srauto lauko ir kt. Pokyčius dėl dydžio. Kadangi elektrodo dydis sukels nevienodą elektrinio lauko pasiskirstymą ir skirtingą didelių elektrodų masės perdavimo elgseną, mažų elektrodų katalizinį efektyvumą sunku paversti didelio srovės tankio kataliziniu didelių dydžių veikimu. Todėl norint pagreitinti iteracijos greitį, reikia efektyvesnių ir taupančių stabilumo ir patvarumo bandymo metodų.

Kita vertus, plonesnės protonų mainų membranos turi didelę naudą gerinant srovės tankį. Tradicinė N115 membrana yra gana saugus pasirinkimas, tačiau iššūkį dideliam srovės tankiui akivaizdu, kad protonų mainų membrana turi būti ypač plona. Nepaisant to, ar naudojamas armatūros sluoksnis, būsimas PEM vandens elektrolizės protonų mainų membrana greičiausiai pasieks skalę, mažesnę kaip 50 μm.

Dizainas, turintis įtakos dabartinio tankio padidėjimui

Pirma, projektuojant PTL, reikia atsižvelgti į griežtesnes dujų ir skysčių masės perdavimo sąlygas. Didelis srovės tankis ne tik sukelia intensyvų masės perdavimą, bet ir padidina šilumos išsisklaidymą. Ne tik reikia apskaičiuoti reakcijos vandens suvartojimą, bet ir reikia išspręsti vietinio perkaitimo problemą. Didelio srovės tankio poveikisPEM vandens elektrolizatoriaiyra tas, kad šilumos išsisklaidymas dažniausiai pasitaiko membranoje dėl protonų perdavimo, o paskui katalizatoriaus sluoksnyje dėl elektronų perdavimo sąsajoje. Sukurtas šilumos perteklius turi būti pašalintas, kad būtų išlaikytas dažniausiai naudojamos PFSA membranos šiluminis stabilumas esant maksimaliam slenksčio temperatūrai apie 90 ° C. Be to, šiluminis valdymas yra labai svarbus siekiant užkirsti kelią šiluminiams gradientams, kuriuos gali sukelti perfluorosulfoninės rūgšties (PFSA) polimero patinimas, katalizatoriaus skilimas ir mechaninis įtempis.

Antrasis yra sistemos pasipriešinimas. Padidėjus srovės tankiui, atsparumas sistemoje yra jautresnis veiksnys. Apskritai, membrana sudaro didžiausią dalį, o atsparumas membranai yra didesnis nei sąsajos kontakto varža ir elektrodo bei metalo plokštės kūno atsparumas. Atsparumas membranai dažnai prilygsta jonų transportavimo atsparumui sistemos viduje.PEM elektrolizatoriaiŠiuo atžvilgiu labai skiriasi nuo šarminių elektrolizatorių, ir nereikia atsižvelgti į burbulo sienos problemą, kurią sukelia padidėjęs srovės tankis kol kas. Tačiau taip pat būtina budėti dėl per didelių burbuliukų įtakos vandens transportavimui. Šiai problemai išspręsti naudojami kai kurie gradiento PTL dizainai.

(Paveikslas: Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką elektrolizerio vidiniam pasipriešinimui)

Kitas poveikis elektrolizeriui, padidinus srovės tankį

Be aukščiau paminėto dujų ir skysčių valdymo, vandenilio pralaidumas žymiai padidės padidėjus srovės tankiui. Remiantis praktine patirtimi, vandenilio kiekis deguonyje palaipsniui mažėja didėjant elektriniam tankiui nuo žemo iki aukšto. Kartu su kai kurios literatūros ataskaitose mes nustatėme, kad šis įstatymas galioja tik tam tikrame diapazone. Vandenilio pralaidumo srautas ir toliau didėja didėjant srovės tankiui. Dėl bendro reakcijos kiekio amplifikacijos vandenilis deguonyje mažėja didėjant elektriniam tankiui tam tikrame diapazone. Tačiau esant didesniam elektrinio tankio diapazonui, dėl superatilumo efekto vandenilio koncentracija deguonyje padidės didėjant elektriniam tankiui.

(Paveikslas: Vandenilio skverbtis

Kalbant apie inžinerinius klausimus, padidinus srovės tankį, taip pat padidinsite dangos stabilumą ir PTL sluoksnio stabilumą. „Vet Energy“ mokslinių tyrimų ir plėtros komanda vis dar tikrina šias problemas.

Apibendrinant galima pasakyti, kad „PEM“ elektrolizatoriai turi materialinį pagrindą, kad ateityje pasiektų daugiau nei 5A/cm² lygį. Vykdant vandenilio gamybos įrangą, reikia atlikti išsamesnius darbus, susijusius su inžineriniu projektu ir patikimumo derinimu elektrolizeriu.