Materiales clave y estado técnico del sistema de producción de hidrógeno de electrólisis de agua AEM

AEM es la abreviatura de la electrólisis de agua de la membrana de intercambio de aniones de polímeros sólidos.Electrólisis de agua AEMLa tecnología tiene un gran espacio para la reducción de costos. Es uno de los más de vanguardiaelectrólisis de aguatecnologías y una de las tecnologías preferidas para la aplicación a gran escala de hidrógeno verde en el futuro.

Hoy, echemos un vistazo a los materiales clave y al desarrollo técnico deElectrólisis de agua AEMSistema de producción de hidrógeno.

1. Principio de trabajo básico

La tecnología de electrólisis de agua AEM combina las ventajas de la tecnología de electrólisis de agua alcalina yElectrólisis de agua PEMtecnología. En comparación con la tecnología de electrólisis de agua alcalina, la tecnología AEM tiene una velocidad de respuesta más rápida y una mayor densidad de corriente; y comparado conElectrólisis de agua PEMTecnología, AEM Technology tiene un menor costo de fabricación.

Diagrama esquemático del equipo de electrólisis de agua AEM

Como se muestra en la figura, cuando el equipo está funcionando, el agua cruda entra desde el lado del cátodo del equipo AEM. Las moléculas de agua participan en la reacción de reducción en el cátodo y obtienen electrones para generar iones de hidróxido e hidrógeno. Después de que los iones de hidróxido llegan al ánodo a través de la membrana de intercambio de aniones de polímero, participan en la reacción de oxidación y pierden electrones para generar agua y oxígeno. Dependiendo del diseño del equipo, a veces se agrega una cierta cantidad de solución KOH o solución NAHCO3 al agua cruda como electrolito auxiliar, lo que ayuda a mejorar la eficiencia de trabajo del equipo de electrólisis AEM.

La célula electrolítica AEM es la unidad básica del sistema de electrólisis AEM. Múltiples células electrolíticas AEM juntas forman un módulo de electrólisis AEM. Una gran cantidad de módulos electrolíticos AEM y múltiples sistemas auxiliares juntos constituyen el sistema de electrólisis de agua AEM. Entre ellos, el sistema auxiliar incluye tratamiento de hidrógeno y sistema de secado, tanque de agua, sistema de purificación de tratamiento de agua y convertidor AC-DC, etc.

Célula electrolítica AEM: el material del cátodo, el material del ánodo y la membrana de intercambio de aniones son los componentes centrales de la célula electrolítica AEM, que afectan directamente la eficiencia de trabajo y la vida útil del equipo de la célula electrolítica AEM.

2. Materias primas clave

1. Membrana de intercambio de aniones

La membrana de intercambio de aniones es la parte más importante de la célula electrolítica AEM, que determina directamente la eficiencia de trabajo y la vida operativa del equipo electrolítico AEM. La función de la membrana de intercambio de aniones es realizar iones de hidróxido desde el cátodo hasta el ánodo. Por lo tanto, el material que constituye la membrana de intercambio de aniones debe tener una conductividad de anión alta y una conductividad de electrones extremadamente baja.

Dado que la alta alcalinidad aparecerá en áreas locales en equipos de electrólisis AEM, en condiciones ideales, las membranas de intercambio de aniones deben tener una excelente estabilidad química y mecánica. Al mismo tiempo, para aislar el cátodo y el ánodo y evitar que el hidrógeno y el oxígeno se contacten entre sí y causen explosiones, las membranas de intercambio de aniones deben tener una permeabilidad de gas extremadamente baja.

En la actualidad, los polímeros generalmente se usan como el material principal de las membranas de intercambio de aniones. DesdeElectrólisis de agua AEMLa tecnología todavía está en la etapa de investigación y desarrollo, el material más adecuado no se ha encontrado en esta etapa. Los polímeros aromáticos se utilizan más en investigación y desarrollo.

Todavía hay muchos problemas en la selección de materiales:

1. Los polímeros aromáticos se degradarán lentamente cuando funcionen en un entorno alcalino durante mucho tiempo, especialmente cuando se agrega una solución diluida de KOH como un electrolito auxiliar, que afecta la estabilidad y la vida útil del sistema del equipo de electrólisis de agua AEM;

2. Dado que la conductividad de los iones de hidróxido en las membranas de intercambio de aniones es mucho menor que la de las membranas de intercambio de protones, a fin de mantener la eficiencia de trabajo de las células de electrólisis de AEM, las instituciones de investigación y desarrollo tienden a hacer membranas de aniones más delgadas para reducir la resistencia a la conducción de iones hidróxido, pero esto también reducirá la estabilidad mecánica de la membrana aniónica, lo que hace que el intercambio aniónico sea prose.

2. Materiales de cátodo y materiales de ánodo

La función principal de los materiales de cátodo y los materiales anódicos es catalizar la reacción de descomposición del agua y generar el hidrógeno y el oxígeno generados en el tiempo. Por lo tanto, los materiales de cátodo y ánodo deben tener una fuerte actividad catalítica y porosidad. Para que la reacción del electrodo continúe suavemente, los materiales de cátodo y ánodo deben tener una alta conductividad de aniones y conductividad electrónica.

En la actualidad, los materiales de cátodo más utilizados son principalmente níquel, y los materiales del ánodo son principalmente aleaciones de níquel-hierro. El hierro y el níquel no solo tienen una fuerte actividad catalítica para la descomposición del agua, sino que también tienen fuentes amplias y bajos costos. Dado que AEM no necesita operar en un entorno altamente corrosivo, los catalizadores de metales preciosos como el rutenio y el titanio no necesitan agregarse al ánodo y los materiales de cátodo. Esto reduce en gran medida el costo de fabricación del equipo AEM.

La membrana de intercambio de aniones actualmente desarrollada aún no puede tener en cuenta tanto la eficiencia laboral como la vida útil del equipo. Por lo tanto, la investigación sobre AEM se centra principalmente en el desarrollo de membranas de intercambio de aniones de polímeros adecuados y eficientes. En segundo lugar, en la etapa de investigación y desarrollo de laboratorio, aún se agregará una pequeña cantidad de metales preciosos a los materiales del electrodo. Por lo tanto, el desarrollo de catalizadores de metales no preciosos de bajo costo y eficientes es también uno de los focos de la investigación AEM.