Analiza catalizatorului pentru Electrolyzer PEM

1. Introducere în electroliza cu apă PEM pentru producția de hidrogen

PEM Electrolyzerpentru producția de hidrogen, cunoscută și sub numele deMembrană de schimb de protoniElectroliza apei pentru producția de hidrogen, se referă la un proces de producție de hidrogen care folosește o membrană de schimb de protoni ca electrolit solid și folosește apă pură ca materie primă pentru electroliza apei pentru a produce hidrogen.

În comparație cu tehnologia de producție de hidrogen cu electroliză alcalină, tehnologia de producție de hidrogen cu apă PEM are avantajele densității mari de curent, puritatea ridicată a hidrogenului și viteza de răspuns rapid. Tehnologia de producție de hidrogen cu electroliză PEM are o eficiență mai mare de lucru.

Cu toate acestea, de cândElectrolizerii PEMNevoia de a opera într -un mediu de lucru extrem de acid și extrem de oxidant, echipamentul depinde mai mult de materialele metalice scumpe, cum ar fi iridium, platină, titan etc., ceea ce duce la costuri mari.

PEM Electrolyzer

2.PEM Principiul producției de hidrogen electroliză cu apă

Producția de hidrogen PEM este împărțită în principal în următoarele patru etape.

1.. Electroliza apei și evoluția oxigenului

Apa (2H2O) suferă o reacție de hidroliză pe electrodul pozitiv și se împarte în protoni (4H+), electroni (4E-) și oxigen gazous (O2) sub acțiunea câmpului electric și catalizatorului, așa cum se arată în ecuația (1).

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

2. Schimb de protoni

4H+ trece prin PEM solid care conține grupe funcționale acid sulfonice și atinge electrodul negativ sub acțiunea câmpului electric.

3. Conducerea electronică

4e-electroni trec de la electrodul pozitiv la electrodul negativ prin circuitul extern.

4. Evoluția gazelor de hidrogen

4H+ care atinge electrodul negativ primește 4e- pentru a genera 2H2, așa cum se arată în ecuația (2).

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

3. Catalizatorul producției de producție de hidrogen electroliză cu apă Pem

Produsul comercial comun al membranei de schimb de protoni este membranele polimerului de acid perfluorosulfonic. Prin urmare, mediul de lucru al electrodului de membrană de producție de hidrogen PEM este foarte acid. Materialele fiecărei componente trebuie să ia în considerare rezistența la coroziune, iar catalizatorul nu face excepție. În general, metale prețioase, cum ar fi platina, iridiul, ruteniul, etc.

Catalizatorii catodului și anodul electrolizorului PEM pentru producerea de hidrogen sunt diferiți. Catodul este unCatalizator de carbon de platină, iar anodul este, în general, un catalizator pe bază de iridiu, cum ar fi dioxidul de iridiu și iridiul negru. Capacitatea scăzută de încărcare este una dintre direcțiile viitoare de dezvoltare tehnologică. În plus, optimizarea structurii catalitice și deșeurile de reciclare a metalelor prețioase sunt, de asemenea, subiecte fierbinți în industrie.

1. Evoluția hidrogenului catodului: catalizator de carbon de platină

Ca un catalizator bun, PT poate adsorbi molecule de hidrogen și poate promova disocierea și este în prezent prima alegere pentru uz comercial. Catalizator de platină-pe-carbon, denumitPT/C., cunoscut și sub denumirea de catalizator de platină-pe-carbon, se referă la un catalizator de purtător care încarcă platina pe carbon activat și este una dintre subcategoriile catalizatorilor de metal prețioși. Încărcarea PT este în general 0,4-0,6 mg/cm2.

Metoda de reducere a substanțelor chimice este în prezent cea mai utilizată metodă de producție de catalizator de carbon de platină. Se referă la o metodă care folosește carbon activ, apă distilată, soluție de acid hexacloroplatinic, etc. ca materii prime și produce un catalizator de carbon de platină prin amestecare și dizolvare, vibrații cu ultrasunete, tratament de reducere chimică și alte etape.

2. Anod Evoluția oxigenului: catalizator pe bază de iridiu

Deoarece partea anodului este un mediu înalt de oxigen, catalizatorul electrochimic anod poate alege doar câteva elemente metalice prețioase și oxizii lor, cum ar fi IR, Ru, care sunt foarte rezistente la oxidare și coroziune.

RUO2 și IRO2 au cea mai bună activitate catalitică pentru reacțiile electrochimice de evoluție a oxigenului, iar IRO2 are o stabilitate mai bună, astfel încât IRO2 este principalul material al catalizatorului de evoluție a oxigenului.

Metodele de preparare a oxidului de iridiu includ, în principal, metoda de oxidare termică, metoda de precipitare chimică, metoda de topire ADAMS (ADMAS), metoda sol-gel, etc. De exemplu, metoda precipitațiilor chimice adaugă de obicei o alcalin (cum ar fi hidroxid de sodiu) la o soluție apoasă de iridiu și după reacție, un hidroxid (IR (OH) 3 (H2O) 3 este obținut și apoi se efectuează calcinarea pentru a obține oxid de iridiu.