Vorteile der PEM-Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktionstechnologie

Vorteile von PEM-Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktion Technologie

Unter der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse versteht man die Dissoziation von Wassermolekülen in Sauerstoff und Wasserstoff unter Einwirkung von Gleichstrom, die an der Anode bzw. Kathode des Elektrolyseurs abgeschieden werden.

Abhängig von den unterschiedlichen Materialien der Elektrolyseurmembran wird die Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse üblicherweise in alkalische Wasserelektrolyse (ALK) unterteilt. Protonenaustauschmembran (PEM) Wasserelektrolyse und Hochtemperatur-Festoxid-Wasserelektrolyse (SOEC). Unter diesen bezieht sich die PEM-Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktion auf den Wasserstoffproduktionsprozess unter Verwendung einer Protonenaustauschmembran als Festelektrolyt und reinem Wasser als Rohmaterial für die Elektrolyse von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff. Die Hauptkomponenten des PEM-Wasserelektrolyseurs sind Protonenaustauschmembran, Anoden- und Kathodenkatalysatorschicht, Kathoden- und Kathodengasdiffusionsschicht, Kathoden- und Kathodenendplatten usw. von innen nach außen. Unter ihnen bilden die Diffusionsschicht, die Katalysatorschicht und die Protonenaustauschmembran die Membranelektrode, die den Hauptort für die Materialübertragung und elektrochemische Reaktion des gesamten Wasserelektrolyseurs darstellt. Die Eigenschaften und die Struktur der Membranelektrode wirken sich direkt auf die Leistung und Lebensdauer des PEM-Wasserelektrolyseurs aus.

Im Vergleich zur herkömmlichen Wasserstoffproduktion durch alkalische Wasserelektrolyse bietet die PEM-Wasserstoffproduktion die folgenden Vorteile:

(1) Bei der Produktion von PEM-Wasserstoff mit hoher Reinheit und ohne Umweltverschmutzung wird ein Festelektrolyt mit Protonenaustauschmembranen verwendet. Das erzeugte Gas muss nicht entalkalibehandelt werden und die Dicke der mikroporösen Ionenmembran auf molekularer Ebene ist sehr gering, was nicht einfach ist Wasserstoff-Umkehrosmose zu erzeugen. Der PEM-Typ benötigt nur reines Wasser, keine Zusatzstoffe, keine korrosiven Flüssigkeiten, belastet also die Umwelt nicht und die Gasreinheit ist ebenfalls hoch; Während dem herkömmlichen alkalischen Elektrolyten 15 % NaOH oder 30 % KOH zugesetzt werden müssen, ist der Elektrolyt stark korrosiv und es kann leicht Spülflüssigkeit entstehen, die die Lastleitung verunreinigt.

(2)Hohe Umwandlungseffizienz. Die katalytische Elektrode vom PEM-Typ ist eine mikroporöse Elektrode auf molekularer Ebene, die fest an beiden Seiten der Ionenmembran und ihren inneren Poren befestigt ist. Es handelt sich um eine katalytische Null-Distanz-Elektrode mit den Vorteilen einer großen Reaktionsfläche und einer hohen Umwandlungseffizienz. Allerdings sind die herkömmlichen alkalischen Elektroden durch einen geringen Abstand begrenzt und der Widerstand zwischen den Elektroden ist groß, was zu einem größeren Strom, einer hohen Wärmeerzeugung und einer geringen Umwandlungseffizienz führt.

(3) Geringes Gewicht und geringe Größe. Die Kollektorstruktur der zweistufigen Kammer im PEM-Elektrolyseur ist kompakt und flexibel, wodurch der Elektrolyseur leicht und klein ist. Das Gewicht beträgt nur 1/3 des Gewichts eines gewöhnlichen Elektrolyseurs mit der gleichen Wasserstoffproduktion. Die Vorteile sind der Null-Elektrodenabstand und der geringe Innenwiderstand der Zelle. Der Kollektor in der Elektrodenkammer eines herkömmlichen alkalischen Elektrolyseurs ist nicht elastisch, was zu einem hohen Wärmeverlust an elektrischer Energie und einer geringen Umwandlungseffizienz führt.

(4) Anpassbar an die Volatilität der erneuerbaren Energieerzeugung
Das PEM-Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktionssystem verfügt über eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und passt sich dem dynamischen Betrieb an, was sich sehr gut für die ungleichmäßige, intermittierende und volatile Übertragung erneuerbarer Energien wie Wind- und Sonnenenergie eignet.

Aus technischer Sicht ist die verwendete Elektrolysezelle kompakt aufgebaut, klein und eignet sich für schnelle Lastwechsel. Die Elektrolysezelle verfügt über einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Gasreinheit, einen geringen Energieverbrauch sowie eine deutlich verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit, was besser für die Volatilität erneuerbarer Energien geeignet ist. Daher gilt die PEM-Wasserelektrolyse-Technologie als eine der vielversprechendsten Technologien zur Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktion im Bereich der Wasserstoffproduktion.

Da PEM-Elektrolyseure jedoch in einer stark sauren und oxidierenden Arbeitsumgebung betrieben werden müssen, sind die Geräte stärker auf teure Metallmaterialien wie Iridium, Platin und Titan angewiesen, was zu übermäßig hohen Kosten führt. Dies ist auch der Engpass, der die Entwicklung der PEM-Wasserstoffproduktionstechnologie und die Richtung von Forschung und Entwicklung einschränkt.