Pagtatasa ng katalista para sa PEM electrolyzer

1. Panimula sa PEM Water Electrolysis para sa paggawa ng hydrogen

PEM Electrolyzerpara sa paggawa ng hydrogen, na kilala rin bilangProton Exchange MembraneAng electrolysis ng tubig para sa paggawa ng hydrogen, ay tumutukoy sa isang proseso ng paggawa ng hydrogen na gumagamit ng isang proton exchange membrane bilang isang solidong electrolyte at gumagamit ng purong tubig bilang hilaw na materyal para sa electrolysis ng tubig upang makabuo ng hydrogen.

Kung ikukumpara sa teknolohiyang produksyon ng hydrogen ng alkalina ng tubig, ang teknolohiyang produksyon ng electrolysis hydrogen ng tubig ay may pakinabang ng malaking kasalukuyang density, mataas na kadalisayan ng hydrogen, at mabilis na bilis ng pagtugon. Ang teknolohiyang produksiyon ng electrolysis ng tubig ng PEM ay may mas mataas na kahusayan sa pagtatrabaho.

Gayunpaman, mula paPEM ElectrolyzersKailangang gumana sa isang lubos na acidic at lubos na pag -oxidizing na kapaligiran sa pagtatrabaho, ang kagamitan ay mas nakasalalay sa mga mamahaling materyales na metal tulad ng iridium, platinum, titanium, atbp, na nagreresulta sa mataas na gastos.

PEM Electrolyzer

2.PEM Water Electrolysis Prinsipyo ng Produksyon ng Hydrogen

Ang produksiyon ng PEM hydrogen ay pangunahing nahahati sa sumusunod na apat na hakbang.

1. Water electrolysis at ebolusyon ng oxygen

Ang tubig (2H2O) ay sumasailalim sa isang reaksyon ng hydrolysis sa positibong elektrod at naghahati sa mga proton (4H+), mga electron (4e-) at gas na oxygen (O2) sa ilalim ng pagkilos ng electric field at katalista, tulad ng ipinapakita sa equation (1).

2H2O = 4H ++ 4E-+O2 (1)

2. Proton Exchange

Ang 4h+ ay dumadaan sa solidong PEM na naglalaman ng mga grupo ng functional na sulfonic acid at naabot ang negatibong elektrod sa ilalim ng pagkilos ng larangan ng kuryente.

3. Electronic Conduction

Ang 4E-electrons ay pumasa mula sa positibong elektrod hanggang sa negatibong elektrod sa pamamagitan ng panlabas na circuit.

4. Ebolusyon ng Hydrogen Gas

Ang 4H+ na umabot sa negatibong elektrod ay nakakakuha ng 4E- upang makabuo ng 2H2, tulad ng ipinapakita sa equation (2).

4h ++ 4e- = 2h2 (2)

3. PEM Water Electrolysis Hydrogen Production Catalyst

Ang karaniwang komersyal na produkto ng proton exchange membrane ay perfluorosulfonic acid polymer membranes. Samakatuwid, ang nagtatrabaho na kapaligiran ng PEM hydrogen production membrane electrode ay lubos na acidic. Ang mga materyales ng bawat sangkap ay kailangang isaalang -alang ang paglaban sa kaagnasan, at ang katalista ay walang pagbubukod. Karaniwan, ang mga mahalagang metal tulad ng platinum, iridium, ruthenium, atbp.

Ang mga catalysts ng katod at ang anode ng PEM electrolyzer para sa paggawa ng hydrogen ay naiiba. Ang katod ay aPlatinum carbon catalyst, at ang anode sa pangkalahatan ay isang catalyst na batay sa iridium tulad ng iridium dioxide at iridium black. Ang mababang kapasidad ng pag -load ay isa sa mga direksyon sa pag -unlad ng teknolohiya sa hinaharap. Bilang karagdagan, ang pag -optimize ng istraktura ng catalytic at basura ang mahalagang pag -recycle ng metal ay mainit din na mga paksa sa industriya.

1. Ebolusyon ng Cathode Hydrogen: Platinum Carbon Catalyst

Bilang isang mahusay na katalista, ang PT ay maaaring mag -adsorb ng mga molekula ng hydrogen at magsulong ng dissociation, at kasalukuyang unang pagpipilian para sa komersyal na paggamit. Platinum-on-carbon catalyst, na tinukoy bilangPt/c. Ang pag-load ng PT sa pangkalahatan ay 0.4-0.6 mg/cm2.

Ang pamamaraan ng pagbawas ng kemikal ay kasalukuyang pinaka -karaniwang ginagamit na paraan ng produksiyon ng platinum carbon catalyst. Tumutukoy ito sa isang pamamaraan na gumagamit ng activated carbon, distilled water, hexachloroplatinic acid solution, atbp. Bilang mga hilaw na materyales, at gumagawa ng isang platinum carbon catalyst sa pamamagitan ng paghahalo at paglusaw, panginginig ng ultrasonic, paggamot sa pagbawas ng kemikal at iba pang mga hakbang.

2. Ebolusyon ng Anode Oxygen: Catalyst na batay sa Iridium

Dahil ang gilid ng anode ay isang kapaligiran na may mataas na oxygen, ang anode electrochemical catalyst ay maaari lamang pumili ng ilang mahalagang mga elemento ng metal at ang kanilang mga oxides tulad ng IR, RU, na lubos na lumalaban sa oksihenasyon at kaagnasan.

Ang RUO2 at IRO2 ay may pinakamahusay na aktibidad ng catalytic para sa ebolusyon ng oxygen na electrochemical reaksyon, at ang IRO2 ay may mas mahusay na katatagan, kaya ang IRO2 ay ang pangunahing materyal ng katalista ng ebolusyon ng oxygen.

Ang mga pamamaraan ng paghahanda ng iridium oxide higit sa lahat ay may kasamang pamamaraan ng thermal oksihenasyon, pamamaraan ng pag-ulan ng kemikal, ang pamamaraan ng pag-ulan ng ADAMS (ADMA), atbp. Halimbawa, ang pamamaraan ng pag-ulan ng kemikal ay karaniwang nagdaragdag ng isang alkali (tulad ng sodium hydroxide) sa isang iridium aqueous solution, at pagkatapos ng reaksyon, isang hydroxide (IR (OH) 3 (H2O) 3 Ang Irox · NH2O) ang pag -ulan ay nakuha, at pagkatapos ay ang pagkalkula ay isinasagawa upang makakuha ng iridium oxide.