Was sind die Unterschiede zwischen AE und PEM für die Wasserstoffproduktion?

Mittels Gleichstrom werden Wassermoleküle zu Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten, die dann jeweils von Anode und Kathode der Elektrolysezelle getrennt werden. Dieser Vorgang wird als Wasserelektrolyse bezeichnet. Die Wasserelektrolyse-Wasserstofferzeugung wird häufig in alkalische Wasserelektrolyse (AE), Protonenaustauschmembran (PEM)-Wasserelektrolyse und Hochtemperatur-Festoxid-Wasserelektrolyse unterteilt, abhängig von den verschiedenen Materialien des Elektrolyseurdiaphragmas (SOEC).

Asbest macht den größten Teil des Diaphragmas des Elektrolyseurs zur Wasserstofferzeugung mit alkalischer Wasserelektrolyse aus, der Gase trennt. Metalllegierungen wie Ni-Mo-Legierungen usw., die Wasser abbauen, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, machen den Großteil der Kathode und Anode aus. Industrielle alkalische Wasserelektrolyseure verwenden typischerweise KOH-Lösung als Elektrolyt; ihr Massenanteil reicht von 20 Prozent bis 30 Prozent; ihre Betriebstemperatur beträgt 7 0 Grad bis 80 Grad; ihre Arbeitsstromdichte liegt bei etwa 0,25 A/cm2; und ihr Gasdruck reicht von 0,1 MPa bis 3,0 MPa. Der Wirkungsgrad reicht von 62 bis 82 Prozent. Die Technologie zur Herstellung von Wasserstoff durch alkalische Wasserelektrolyse ist gut entwickelt und hat niedrige Anlauf- und Betriebskosten, aber sie hat Nachteile wie Laugenverlust, Korrosion und hohen Energieverbrauch. Die Wasserstofferzeugung durch alkalische Wasserelektrolyse ist ein Schwerpunkt der nationalen und internationalen Forschung zur Entwicklung von Wasserelektrolysegeräten.

Die Hauptkomponenten des PEM-Wasserelektrolyseurs sind Protonenaustauschmembran, Kathoden- und Anodenkatalysatorschicht, Kathoden- und Anodengasdiffusionsschicht, Kathoden- und Anodenendplatten usw. von innen nach außen. Unter ihnen bilden die Diffusionsschicht, die katalytische Schicht und die Protonenaustauschmembran die Membranelektrode, die der Hauptort für die Stoffübertragung und die elektrochemische Reaktion des gesamten Wasserelektrolyseurs ist. Die Leistung und Lebensdauer des PEM-Wasserelektrolyseurs werden direkt von den Eigenschaften und der Struktur der Membranelektrode beeinflusst.

Im Vergleich zur Wasserstoffproduktion durch alkalische Wasserelektrolyse weist die Wasserstoffproduktion durch PEM-Wasserelektrolyse eine höhere Arbeitsstromdichte, einen höheren Gesamtwirkungsgrad und einen höheren Wasserstoffgasanteil, einen höheren Gasproduktionsdruck, eine schnellere dynamische Reaktionsgeschwindigkeit auf und kann sich an die Schwankungen der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien anpassen , gilt es als eine sehr vielversprechende Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktionstechnologie. Gegenwärtig wurde die Wasserstofferzeugungstechnologie der PEM-Wasserelektrolyse in Bereichen wie der Wasserstofferzeugung vor Ort an Wasserstofftankstellen, der Elektrolyse von Wasser zur Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft und der Energiespeicherung demonstriert und schrittweise gefördert.