PEM-Einführung
Der PEM-Wasserelektrolyseur verwendet PEM, um Protonen zu leiten und das Gas auf beiden Seiten der Elektrode zu isolieren, wodurch die mit AWE verbundenen Nachteile mit starken alkalischen flüssigen Elektrolyten vermieden werden. PEM-Wasserelektrolytzelle nimmt PEM als Elektrolyt und reines Wasser als Reaktant. Darüber hinaus hat PEM eine geringe Wasserstoffdurchlässigkeit und erzeugt eine hohe Wasserstoffreinheit. Es muss nur Wasserdampf entfernt werden. Die elektrolytische Zelle nimmt eine Null-Abstandsstruktur und einen niedrigen Ohm-Widerstand an, was die Gesamteffizienz des elektrolytischen Prozesses erheblich verbessert und das Volumen kompakter macht. Der Druckregelbereich ist groß, der Wasserstoffausgangsdruck kann mehrere mpa erreichen und sich an die schnelle Änderung der Stromaufnahme erneuerbarer Energien anpassen. Daher ist die PEM-Elektrolyse der Wasserwasserstoffproduktion ein vielversprechender Technologiepfad für die grüne Wasserstoffproduktion.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Engpässe bei der Wasserstoffproduktion durch PEM-Hydrolyse Kosten und Lebensdauer sind. In den Kosten der elektrolytischen Zelle macht die Bipolarplatte etwa 48% und die Membranelektrode etwa 10% aus. Das aktuelle internationale fortgeschrittene Niveau von PEM ist: Einzelzellleistung von 2 A · cm - 2 @ 2 V, Gesamtplatinkatalysatorlast von 2 ~ 3 mg / cm2, stabile Laufzeit von 6×104 ~ 8×104 h, die Kosten für die Wasserstoffproduktion betragen etwa 3,7 USD pro kg Wasserstoff. Die Forschung zur Kostensenkung der PEM-Elektrolytzelle konzentriert sich auf die Kernkomponenten wie Membranelektrode, Gasdiffusionsschicht und Bipolarplatte auf Basis von Katalysator- und PEM-Materialien.
Bipolare Platte und Strömungsfeld machen einen großen Teil der Kosten für elektrolytische Zellen aus, die Reduzierung der Bipolarplattenkosten ist der Schlüssel zur Kontrolle der Kosten der elektrolytischen Zelle. Unter den rauen Betriebsbedingungen der Anode im PEM-Elektrolyseur führt die Korrosion der Bipolarplatte zur Auswaschung von Metallionen, die das PEM kontaminieren. Daher besteht der übliche Schutz der Bipolarplatte darin, eine Korrosionsschutzbeschichtung auf der Oberfläche herzustellen. Lettenmeier et al.
vorbereitete Ti-Schicht durch Vakuumplasmaspritzen auf Edelstahl-Bipolarplatte, um Korrosion zu verhindern, und dann vorbereitete Pt-Schicht durch Magnetron-Sputtern, um die Verringerung der Leitfähigkeit durch Ti-Oxidation zu verhindern. Weitere Studien zeigten, dass eine ähnliche Zellleistung aufrechterhalten werden konnte, indem die Pt-Beschichtung durch die billigere Nb-Beschichtung ersetzt wurde, und die Zelle konnte stabil für mehr als 1000 h arbeiten. Das Forschungsteam der University of Tennessee verwendete additive Fertigungstechnologie, um ein Strömungsfeld aus Edelstahlmaterial mit einer Dicke von 1 mm auf einer Kathodenbipolarplatte herzustellen und eine Nettogasdiffusionsschicht mit einer Dicke von 0,15 mm darauf abzuscheiden. Die Kathodenimpedanz der einzelnen Zelle ist sehr klein, und die Leistung der Zelle beträgt bis zu 2 A · cm - 2 @ 1,715 V, aber die Oberfläche ist immer noch erforderlich, um die Stabilität zu verbessern. Darüber hinaus haben das Oak Ridge National Laboratory, das Korea Institute of Science and Technology und andere Institutionen auch eine Reihe von Bipolarplattenentwicklungen für PEM-Elektrolytzellen durchgeführt.
Das derzeit verwendete Elektrodenmaterial, das am häufigsten verwendet wird, istTitanfaserfilz, die eine gute Beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
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