สี่วิธีในการผลิตไฮโดรเจนโดยอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ
การผลิตไฮโดรเจนจากอิเล็กโทรไลซิสในน้ำหมายถึงการแยกตัวของโมเลกุลของน้ำภายใต้การกระทำของกระแสตรงเพื่อสร้างออกซิเจนและไฮโดรเจนซึ่งตกตะกอนจากแอโนดและแคโทดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ตามลำดับ ในระดับเทคนิค อิเล็กโทรไลซิสในน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจนส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นอิเล็กโทรไลต์น้ำอัลคาไลน์ (AWE), อิเล็กโทรไลต์น้ำ PEM โพลีเมอร์ที่เป็นของแข็ง, เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็ง (AEM) อิเล็กโทรไลซิสในน้ำและอิเล็กโทรไลต์ในน้ำที่เป็นของแข็งออกไซด์ (SOE) ในหมู่พวกเขา AWE เป็นเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสน้ำสำหรับอุตสาหกรรมรุ่นก่อน ๆ โดยมีประสบการณ์การใช้งานหลายทศวรรษและเทคโนโลยีที่ค่อนข้างเติบโตเต็มที่ ในปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสน้ำ PEM ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วในแง่ของอุตสาหกรรม เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสน้ำ SOE อยู่ในขั้นตอนการสาธิตเบื้องต้น
1. อัลคาไลน์อิเล็กโทรไลซิสของน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจน
ไดอะแฟรมของถังผลิตไฮโดรเจนในน้ำด้วยไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่ใยหินซึ่งทำหน้าที่แยกก๊าซ แคโทดและแอโนดส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะผสม เช่น โลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม ซึ่งแยกน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจน อิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรไลต์น้ำอัลคาไลน์อุตสาหกรรมมักจะเป็นสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่มีเศษส่วนมวล 20% ~ 30% อุณหภูมิการทำงานของอิเล็กโทรไลต์คือ 70 ~ 80 ° C ความหนาแน่นกระแสการทำงานประมาณ 0.25 แอมแปร์/ตารางเซนติเมตร และ แรงดันแก๊สที่สร้างขึ้นคือ 0.1 ~ 3.0 MPa ประสิทธิภาพรวมอยู่ที่ 62% ~ 82% การผลิตไฮโดรเจนจากน้ำอัลคาไลน์เป็นเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ด้วยการลงทุนและต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำ แต่มีปัญหา เช่น การสูญเสียน้ำด่าง การกัดกร่อน และการใช้พลังงานสูง
2. การผลิตไฮโดรเจนโดยอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ
อิเล็กโทรไลซิสของน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจนแตกต่างจากอิเล็กโทรไลซิสของน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจน โดยใช้เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนกรดเปอร์ฟลูออโรซัลโฟนิกที่มีความคงตัวทางเคมีที่ดี การนำโปรตอน และการแยกก๊าซแทนเยื่อใยหินเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ซึ่งสามารถป้องกันอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ โอนย้าย. , ปรับปรุงความปลอดภัยของอิเล็กโทรไลเซอร์ ส่วนประกอบหลักของอิเล็กโทรไลต์ PEM คือเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาบวกและลบ ชั้นการแพร่กระจายของก๊าซบวกและลบ แผ่นปลายขั้วบวกและลบ ฯลฯ จากภายในสู่ภายนอก ในหมู่พวกเขา ชั้นการแพร่กระจาย ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา และเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนประกอบด้วยอิเล็กโทรดเมมเบรน ซึ่งเป็นสถานที่หลักสำหรับการถ่ายโอนวัสดุและปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีในอิเล็กโทรไลต์น้ำทั้งหมด
3. อิเล็กโทรไลซิสของแข็งที่อุณหภูมิสูงของน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจน
อิเล็กโทรไลซิสของแข็งที่อุณหภูมิสูงของน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจนนั้นแตกต่างจากอิเล็กโทรลิซิสในน้ำอัลคาไลน์และอิเล็กโทรลิซิสในน้ำ PEM อิเล็กโทรไลซิสที่อุณหภูมิสูงของน้ำสำหรับการผลิตไฮโดรเจนใช้โซลิดออกไซด์เป็นวัสดุอิเล็กโทรไลต์ และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ 800~1 000 ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของกระบวนการผลิตไฮโดรเจนดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
อิเล็กโทรดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ SOEC ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะไม่มีค่า วัสดุแคโทดใช้เซรามิกโลหะรูพรุน Ni/YSZ วัสดุแอโนดใช้เปอร์อฟสไกต์ออกไซด์ และอิเล็กโทรไลต์ใช้ตัวนำออกซิเจนไอออน YSZ โครงสร้างวัสดุเซรามิกทั้งหมดช่วยป้องกันการกัดกร่อนของวัสดุ สภาพแวดล้อมในการทำงานของอุณหภูมิสูงและความชื้นสูงจำกัดการเลือกวัสดุที่มีความเสถียรสูง ความทนทานที่ดีและการป้องกันการลดทอนสำหรับอิเล็กโทรไลต์ และยังจำกัดการเลือกสถานการณ์การใช้งานและการส่งเสริมเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน SOEC ในวงกว้าง
4. อิเล็กโทรไลซิสน้ำเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็ง
การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลซิสในน้ำ AEM เพิ่งเริ่มต้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมมเบรนแลกเปลี่ยนประจุลบโพลีเมอร์ (AEM) สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีได้รับการพัฒนา และการแยกอิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์โดยใช้ AEM สามารถให้ข้อดีของ PEM และอิเล็กโทรไลต์อิเล็กโทรไลต์แบบวัฏจักรของเหลว