Аналіз каталізатора для PEM Electrolyzer

1. Вступ до електролізу води PEM для виробництва водню

PEM Electrolyzerдля виробництва водню, також відомого якМембрана Proton ExchangeЕлектроліз води для виробництва водню відноситься до процесу виробництва водню, який використовує мембрану протонового обміну в якості твердого електроліту і використовує чисту воду як сировину для електролізу води для отримання водню.

Порівняно з технологією виробництва водню лужної води, технологія виробництва водню PEM вода має переваги великої щільності струму, високої чистоти водню та швидкої швидкості реакції. Технологія виробництва водню PEM води має більш високу ефективність роботи.

Однак, оскількиPEM електролізериПотрібно працювати у висококисленому та сильно окислювальному робочому середовищі, обладнання більше залежить від дорогих металевих матеріалів, таких як Iridium, Platinum, Titanium тощо, що призводить до високих витрат.

PEM Electrolyzer

2. Принцип виробництва водню води

Виробництво водню PEM в основному поділяється на наступні чотири кроки.

1. Електроліз води та еволюція кисню

Вода (2H2O) зазнає реакції гідролізу на позитивному електроді та розщеплюється на протони (4H+), електрони (4E-) та газоподібне кисень (O2) під дією електричного поля та каталізатора, як показано в рівнянні (1).

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

2.

4H+ проходить через твердий PEM, що містить функціональні групи сульфонової кислоти і досягає негативного електрода під дією електричного поля.

3. Електронна провідність

4e-електрони проходять від позитивного електрода до негативного електрода через зовнішній ланцюг.

4. Еволюція водню

4H+, що досягає негативного електрода, отримує 4e- для генерування 2H2, як показано в рівнянні (2).

4H ++ 4e- = 2H2 (2)

3. Каталізатор вироблення водню PEM водного електролізу

Поширеним комерційним продуктом мембрани протонової обміну є полімерні мембрани перфторозульфонової кислоти. Тому робоче середовище виробничого мембранного електрода PEM висококислі. Матеріали кожного компонента повинні враховувати корозійну стійкість, а каталізатор не є винятком. Як правило, дорогоцінні метали, такі як Platinum, Iridium, Rutenium тощо.

Каталізатори катода та анод PEM Electrolyzer для виробництва водню різні. Катод - цеПлатиновий вуглецевий каталізатор, а анод-це, як правило, каталізатор на основі іридію, такий як діоксид іридію та чорний іридію. Низька здатність навантаження - це один із майбутніх напрямків технологічного розвитку. Крім того, оптимізація каталітичної структури та переробка дорогоцінних металів також є гарячими темами в галузі.

1. Катод еволюція водню: Каталізатор вуглецю платини

Як хороший каталізатор, PT може адсорбувати молекули водню та сприяти дисоціації, і в даний час є першим вибором для комерційного використання. Каталізатор платинової на вуглецю, який називається якPt/c, відомий як каталізатор Platinum-On-Carbon, відноситься до каталізатора-носія, який завантажує платину на активований вуглець і є однією з підкатегорій каталізаторів дорогоцінного металу. Навантаження на ПТ, як правило, 0,4-0,6 мг/см2.

Наразі метод хімічного відновлення є найбільш часто використовуваним методом виробництва каталізатора вуглецю. Він відноситься до методу, який використовує активоване вуглець, дистильовану воду, розчин гексахлороплатинової кислоти тощо, як сировина, і виробляє каталізатор вуглецю платини через змішування та розчинення, ультразвукову вібрацію, хімічну обробку та інші етапи.

2. Еволюція анода кисню: каталізатор на основі іридію

Оскільки анодна сторона є середовищем з високим вмістом кисню, анодний електрохімічний каталізатор може вибрати лише кілька дорогоцінних металевих елементів та їх оксидів, таких як ІЧ, RU, які високо стійкі до окислення та корозії.

RUO2 та IRO2 мають найкращу каталітичну активність для електрохімічних реакцій еволюції кисню, а IRO2 має кращу стабільність, тому IRO2 є основним матеріалом каталізатора еволюції кисню.

The preparation methods of iridium oxide mainly include thermal oxidation method, chemical precipitation method, Adams (Admas) melting method, sol-gel method, etc. For example, the chemical precipitation method usually adds an alkali (such as sodium hydroxide) to an iridium aqueous solution, and after the reaction, a hydroxide (Ir(OH)3(H2O)3 or IrOx·nH2O) precipitation is obtained, and then calcination виконується для отримання оксиду іридію.