Epekto ng kalidad ng tubig sa pagganap ng PEM electrolyzer

Kabilang sa mga nababagong mapagkukunan ng enerhiya, ang paggawa ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis ay napaka -pangako dahil sa potensyal nito bilang isang daluyan ng imbakan ng enerhiya.Proton Exchange Membrane (PEM)ay isa sa mga pangunahing teknolohiya para sa paggawa ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis dahil sa mga pakinabang nito tulad ng mataas na kahusayan, malaking kasalukuyang density, mababang saklaw ng temperatura, at mabilis na bilis ng pagtugon. Karamihan sa pananaliksik sa paggawa ng hydrogen niPEM ElectrolysisNakatuon sa pagpapakita ng paggawa ng hydrogen sa pamamagitan ng PEM electrolysis, ang pagbuo ng mga bagong catalysts, at ang pagbuo ng bagoProton Exchange MembraneElectrolytes. Gayunpaman, ang pag -optimize ng system at feed ng tubig ay nananatiling isang hamon. Samakatuwid, sinisiyasat ng pag -aaral na ito ang epekto ng kalidad ng tubig sa pagkonsumo ng enerhiya ngPEM Electrolyzers.

Ang kahusayan at pagkonsumo ng enerhiya ngPEM Electrolyzersnakasalalay sa kalidad ng maimpluwensyang tubig. Ang pag -aaral na ito ay napatunayan ang tatlong mga parameter na nakakaapekto sa mga katangian ng tubig: pH (3, 7, 9), kabuuang natunaw na solido (TDS) (300ppm, 600ppm, 900ppm), at kondaktibiti (conductivity: 30ms/cm, 70ms/cm, 100ms/cm) upang maunawaan at mai -optimize ang proseso ng paggawa ng hydrogen gamitPEM Electrolyzers. Ang mga resulta ay nagpakita na ang halaga ng hydrogen na ginawa ay makabuluhang naapektuhan ng pH, kabuuang natunaw na solido, at kondaktibiti, at ang pinakamainam na antas ng bawat variable ay natutukoy sa pamamagitan ng malawak na pagsubok.

Ang nagtatrabaho na prinsipyo ng PEM electrolyzers ay ang electrochemically magkahiwalay na tubig sa oxygen at hydrogen sa kani -kanilang mga electrodes. Dahil ang tubig ay ang daluyan para sa paggawa ng hydrogen, ang kalidad nito ay maaaring makaapekto sa mga resulta ng proseso ng electrolysis. Ang mga katangian ng tubig na maaaring makaapekto sa kahusayan ng mga electrolyzer ng PEM ay kasama ang pH, kabuuang natunaw na solido (TDS), at kondaktibiti. Halimbawa, ang halaga ng pH ng electrolyte ay nakakaapekto sa paggawa ng hydrogen at ang pagkonsumo ng enerhiya ng PEM electrolyzer; Ang isang mas mababang halaga ng pH ay maaaring mabawasan ang pangkalahatang reaksyon ng pagbabawas ng oxygen (reaksyon ng ebolusyon ng oxygen: OER) na potensyal, sa gayon binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya, ngunit mayroong isang problema ng pagkasira ng lamad; Ang isa pang mahalagang kadahilanan ay ang kondaktibiti, ang mababang kondaktibiti ay mababawasan din ang pangkalahatang potensyal, sa gayon binabawasan ang kinakailangang enerhiya, at ang mataas na kondaktibiti ay makakasira din sa lamad; Ang aktibong overpotential sa pagitan ng mga reaksyon ng pagbawas ng hydrogen at oxygen ay mayroon ding isang kawalaan ng simetrya at nakasalalay na pamamahagi sa pH. Samakatuwid, kinakailangan upang ma -optimize ang halaga ng pH, halaga ng TDS at kondaktibiti upang matiyak ang pagpapabuti ng pagganap ng PEM electrolyzer. Inirerekomenda ng American Society for Testing and Materials (ASTM) na ang komersyal na PEM electrolyzers ay gumagamit ng uri ng deionized na tubig, iyon ay, tubig na may kabuuang organikong carbon na nilalaman na mas mababa sa 50ppb, isang resistivity ng higit sa 1 MΩ.cm, at isang nilalaman ng sodium at klorido na mas mababa sa 5µg/L. Gayunpaman, halos lahat ng mga mapagkukunan ng tubig ay walang kabuluhan, na nangangahulugang ang paglilinis ng tubig para sa mga electrolyzer ng PEM ay nangangailangan ng karagdagang mga gastos. Ang isang pag-aaral sa epekto ng TDS sa kahusayan ng photovoltaic cell ay nagpakita na ang mas mataas na antas ng tubig ng TDS (0-2000ppm), mas mahusay ang ani, habang kapag ang antas ng TDS ay bumaba sa zero, walang ani. Katulad nito, ang mga resulta ng isang pag -aaral gamit ang artipisyal na tubig ng ilog (malambot na tubig) bilang electrolyte ng isang PEM electrolyzer ay nagpakita na ang pagganap ng electrolyzer ay nabawasan dahil sa pagtaas ng konsentrasyon ng calcium at magnesium ion. Ang pagganap ng cell at mekanikal na buhay ng PEM electrolyzer ay nabawasan.

1. Ang epekto ng halaga ng pH sa paggawa ng gas at pagkonsumo ng enerhiya ng electrolyzer

1.1. Ang epekto ng halaga ng pH sa paggawa ng gas

Habang nagbabago ang halaga ng pH ng electrolyte, nagbabago din ang halaga ng hydrogen at oxygen. Ang ugnayan ng pag -andar sa pagitan ng dami ng hydrogen at oxygen na ginawa at ang oras at halaga ng pH, nagbabago ang halaga ng pH mula 3 hanggang 11 sa mga regular na agwat. Kapansin -pansin, ang mga paunang resulta ay nagpapakita na ang halaga ng hydrogen at oxygen na ginawa ay bumababa habang ang halaga ng pH ay tumataas mula 3 hanggang 7, na nagpapahiwatig na ang proseso ng electrolysis ay maaaring mabagal sa neutral na pH. Nakakagulat, ang mga resulta ay nagpakita na ang paggawa ng hydrogen at oxygen ay tumaas nang malaki sa isang pH ng 11, na nagpapahiwatig na ang alkalinity ng sample ng tubig ay maaaring mag -ambag sa paggawa ng hydrogen at oxygen.

1.2 Epekto ng pH sa pagkonsumo ng enerhiya

Ang pH ng electrolyte ay nakakaapekto sa pagkonsumo ng enerhiya ng system. Ang pH ay nakakaapekto sa kondaktibiti ng electrolyte, na kung saan ay nakakaapekto sa kahusayan ng proseso ng electrolysis. Karaniwan, ang pinakamainam na saklaw ng pH para sa mga electrolyzer ng PEM ay nasa pagitan ng 7 at 9. Ang mas mataas na pH, mas maraming conductive ang electrolyte ay, na maaaring mapabuti ang kahusayan ng proseso ng electrolysis. Gayunpaman, kung ang pH ay masyadong mataas, ang lamad sa electrolyzer ay maaaring masira, na nagreresulta sa nabawasan na pagganap at pagtaas ng pagkonsumo ng enerhiya. Sa kabilang banda, kung ang pH ay masyadong mababa, ang kondaktibiti ng electrolyte ay maaaring bumaba, na nagreresulta sa nabawasan na kahusayan at pagtaas ng pagkonsumo ng enerhiya. Bilang karagdagan, ang masyadong mababa ang isang pH ay maaaring maging sanhi ng lamad ng lamad, na maaari ring mabawasan ang pagganap at dagdagan ang pagkonsumo ng enerhiya. Ang pagkonsumo ng enerhiya ng PEM electrolyzer ay nagdaragdag sa mas mababang mga halaga ng pH. Sa isang pH ng 8, ang pagkonsumo ng enerhiya ay ang pinakamababa, sa 45kWh/M3 H2. Habang tumataas o bumababa ang halaga ng pH, nagsisimula nang tumaas ang pagkonsumo ng enerhiya.

2. Epekto ng Kabuuang Dissolved Solids (TDS) sa Gas Production at Energy Consumption

2.1. Epekto ng TDS sa paggawa ng gas

Kapag sinusuri ang tatlong magkakaibang konsentrasyon ng TDS, ang 300 ppM ay isang mababang konsentrasyon, ang 600 ppM ay isang daluyan na konsentrasyon, at ang 900 ppM ay isang mataas na konsentrasyon. Ang mga resulta ay naaayon sa iba pang mga pag -aaral. Ang mga resulta ay nagpapakita na habang tumataas ang konsentrasyon ng TDS, ang paggawa ng hydrogen at oxygen ay nagdaragdag, na maaaring maging isang katalista para sa pagbuo ng hydrogen. Maaari itong tapusin na ang paggawa ng hydrogen mula sa tubig ay mas kanais -nais sa mas mataas na antas ng TDS, habang ang produksyon ay limitado sa mababang konsentrasyon, na nagpapahiwatig na walang hydrogen na maaaring magawa sa mga antas ng zero TDS:

2.2 Epekto ng TDS sa pagkonsumo ng enerhiya

Ang kabuuang natunaw na solido (TDS) ay may makabuluhang epekto sa pagkonsumo ng enerhiya ng proton exchange membrane (PEM) electrolyzers. Ang TDS ay tumutukoy sa konsentrasyon ng lahat ng mga di -organikong at organikong sangkap na natunaw sa tubig. Kapag ang mga sangkap na ito ay naroroon sa tubig na ginagamit sa electrolyzer, nakakaapekto ito sa pagganap at kahusayan ng electrolyzer. Ang TDS sa tubig ay nagdaragdag ng kondaktibiti ng tubig, na humahantong sa isang pagtaas sa boltahe ng electrolytic cell na kinakailangan para sa electrolysis. Ang pagtaas ng boltahe ng cell ay humahantong sa isang pagtaas sa pagkonsumo ng enerhiya ng electrolyzer. Bilang karagdagan, ang TDS ay maaaring maging sanhi ng pag -scale ng mga electrodes at lamad, na binabawasan ang kahusayan ng electrolyzer at karagdagang pagtaas ng pagkonsumo ng enerhiya. Upang mabawasan ang epekto ng TDS sa pagkonsumo ng enerhiya, kinakailangan upang matiyak na ang tubig na ginamit sa PEM electrolyzer ay may mataas na kadalisayan at mababang konsentrasyon ng TDS. Ang mga teknolohiya ng paggamot sa tubig tulad ng reverse osmosis at deionization ay maaaring magamit upang alisin ang TDS mula sa tubig, sa gayon pagpapabuti ng kahusayan ng mga electrolyzer ng PEM at mabawasan ang kanilang pagkonsumo ng enerhiya.

3. Epekto ng kondaktibiti sa paggawa ng gas

Ang isa pang pangunahing kadahilanan na nakakaapekto sa pagkonsumo ng enerhiya ng mga electrolyzer ng PEM ay ang kondaktibiti. Ang pagbabawas ng overpotential na kinakailangan para sa anode OER ay maaaring mabawasan ang demand ng enerhiya, na makikita sa katotohanan na ang mas mataas na mga halaga ng kondaktibiti ay nangangahulugang mas mataas na konsentrasyon ng ion sa solusyon ng electrolyte. Gayunpaman, ang mataas na kondaktibiti ay nagdaragdag din ng pagkakataon ng pagkasira ng lamad at pinatataas ang enerhiya na kinakailangan para sa pumping. Ang paggawa ng hydrogen ay higit sa lahat ay nakasalalay sa kondaktibiti, at maraming mga pag -aaral ang nagpakita na sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang mga solusyon upang madagdagan ang kondaktibiti, maaaring makamit ang iba't ibang mga conductivities, sa gayon ang pagtaas ng produksyon ng hydrogen.

4. Epekto ng iba't ibang mga katangian ng tubig sa pagkonsumo ng enerhiya ng electrolyzer

Ang tubig sa dagat, mahusay na tubig, at deionized na tubig ay tatlong magkakaibang uri ng tubig na maaaring makaapekto sa mga kinakailangan ng enerhiya ng isang proton exchange membrane (PEM) electrolyzer. Ang tubig sa dagat ay naglalaman ng isang malaking halaga ng mga natunaw na asing -gamot, mineral, at iba pang mga kontaminado. Dahil ang mga kontaminadong ito ay nagdaragdag ng kondaktibiti ng tubig, ang paglaban ng electrolyzer ay nagdaragdag. Dahil ang mas maraming enerhiya ay kinakailangan upang pagtagumpayan ang paglaban, ang proseso ng electrolysis ay bumabagal. Upang maibigay ang kinakailangang kasalukuyang, kinakailangan ang isang mas mataas na boltahe, na humahantong din sa isang pangkalahatang pagtaas ng paggamit ng enerhiya. Ang mahusay na tubig ay karaniwang mas mababa sa mga natunaw na asing -gamot at mga kontaminado kaysa sa tubig sa dagat. Ang mga mineral at iba pang mga sangkap na maaaring makagambala sa electrolysis ay maaaring umiiral pa rin. Eksakto kung paano nakakaapekto ang komposisyon ng mahusay na tubig sa paggamit ng enerhiya ay hindi pa rin sigurado sa ilang lawak. Ang enerhiya na kinakailangan upang gamutin ang maayos na tubig sa pangkalahatan ay mas mababa kaysa sa enerhiya na kinakailangan upang gamutin ang tubig sa dagat o deionized na tubig. Ang deionized na tubig ay tubig na may mga ion ng mineral na tinanggal sa pamamagitan ng proseso ng deionization. Tinatawag din itong deionized na tubig at distilled water. Ang deionized na tubig ay may mas mababang conductivity kaysa sa tubig sa dagat at maayos na tubig. Samakatuwid, mayroon itong mas mababang pagtutol sa panahon ng proseso ng electrolysis at nangangailangan ng mas kaunting enerhiya upang makabuo ng parehong kasalukuyang. Ang paggamit ng deionized na tubig sa mga electrolyzer ng PEM ay maaaring mapabuti ang kahusayan ng enerhiya. Ang deionized na tubig ay may mahinang conductivity, na maaaring makatulong na makatipid ng enerhiya, ngunit hindi ito naglalaman ng anumang mga ions na kinakailangan para sa mga electrochemical reaksyon sa electrolyzer. Ang mga kinakailangan sa kalidad ng tubig ay dapat na maingat na isinasaalang -alang batay sa tiyak na disenyo at operasyon ng sistema ng electrolyzer ng PEM, dahil ang mga ion na ito ay mahalaga upang mapanatili ang pagganap at buhay ng mga sangkap ng electrolyzer.

Sa madaling sabi, sa electrolysis ng tubig ng PEM, karaniwang binibigyang pansin namin ang electrolyzer mismo at hindi pinapansin ang kahalagahan ng BOP. Maraming mga tao din ang nag -iisip na ang bop ng PEM ay mas simple kaysa sa alkalina. Sa katunayan, kahit na ang PEM ay hindi nangangailangan ng isang malaking sistema ng paghihiwalay ng gas-likido tulad ng alkalina, napakahalaga din na pamahalaan ang kalidad ng dalisay na tubig. Ang pamamahala ng kalidad ng dalisay na tubig ay hindi lamang nagsisiguro ng mahusay na operasyon ngunit nakakatulong din upang madagdagan ang buhay ng serbisyo.