Analyse du catalyseur pour l'électrolyzer PEM

1. Introduction à l'électrolyse d'eau PEM pour la production d'hydrogène

Électrolyzer PEMpour la production d'hydrogène, également connue sous le nommembrane d'échange de protonsL'électrolyse de l'eau pour la production d'hydrogène, fait référence à un processus de production d'hydrogène qui utilise une membrane d'échange de protons comme électrolyte solide et utilise de l'eau pure comme matière première pour l'électrolyse de l'eau pour produire de l'hydrogène.

Par rapport à la technologie de production d'hydrogène de l'électrolyse en eau alcaline, la technologie de production d'hydrogène de l'électrolyse d'eau PEM présente les avantages d'une densité de courant importante, d'une pureté hydrogène élevée et d'une vitesse de réponse rapide. La technologie de production d'hydrogène de l'électrolyse de l'eau PEM a une efficacité de travail plus élevée.

Cependant, depuisElectrolyseurs PEMBesoin de fonctionner dans un environnement de travail très acide et très oxydant, l'équipement dépend davantage de matériaux métalliques coûteux tels que l'iridium, le platine, le titane, etc., entraînant des coûts élevés.

Électrolyzer PEM

2. PEM PRINCIPE DE PRODUCTION DE LA PRODUIT

La production d'hydrogène PEM est principalement divisée en quatre étapes suivantes.

1. Électrolyse d'eau et évolution de l'oxygène

L'eau (2H2O) subit une réaction d'hydrolyse sur l'électrode positive et se divise en protons (4H +), électrons (4e-) et oxygène gazeux (O2) sous l'action du champ électrique et du catalyseur, comme le montre l'équation (1).

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

2. Échange de protons

4H + passe par le PEM solide contenant des groupes fonctionnels d'acide sulfonique et atteint l'électrode négative sous l'action du champ électrique.

3. Conduction électronique

4E-Electrons passent de l'électrode positive à l'électrode négative à travers le circuit externe.

4. Évolution de l'hydrogène

Le 4H + qui atteint l'électrode négative obtient 4E- pour générer 2H2, comme le montre l'équation (2).

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

3. Catalyseur de production d'hydrogène de l'électrolyse d'eau PEM

Le produit commercial commun de la membrane d'échange de protons est les membranes de polymère d'acide perfluorosulfonique. Par conséquent, l'environnement de travail de l'électrode membranaire de production d'hydrogène PEM est très acide. Les matériaux de chaque composant doivent considérer la résistance à la corrosion, et le catalyseur ne fait pas exception. Généralement, des métaux précieux tels que le platine, l'iridium, le ruthénium, etc.

Les catalyseurs de la cathode et l'anode de l'électrolyzer PEM pour la production d'hydrogène sont différents. La cathode est uncatalyseur de carbone en platine, et l'anode est généralement un catalyseur à base d'iridium tel que le dioxyde d'iridium et l'iridium noir. Une faible capacité de charge est l'une des orientations futures de développement technologique. De plus, l'optimisation de la structure catalytique et les déchets de recyclage des métaux précieux sont également des sujets chauds dans l'industrie.

1. Cathode Evolution d'hydrogène: catalyseur de carbone en platine

En tant que bon catalyseur, le PT peut adsorber les molécules d'hydrogène et favoriser la dissociation, et est actuellement le premier choix pour une utilisation commerciale. Catalyseur de platine sur le carbone, appeléPt / c, également connu sous le nom de catalyseur de platine sur le carbone, fait référence à un catalyseur porte-avion qui charge le platine sur du carbone activé et est l'une des sous-catégories de catalyseurs métalliques précieux. La charge PT est généralement de 0,4-0,6 mg / cm2.

La méthode de réduction chimique est actuellement la méthode de production de catalyseur de carbone de carbone de platine la plus couramment utilisée. Il se réfère à une méthode qui utilise du carbone activé, de l'eau distillée, de la solution d'acide hexachloroplatinique, etc. comme matières premières, et produit un catalyseur de carbone en platine par mélange et dissolution, vibration ultrasonique, traitement de réduction chimique et autres étapes.

2. Évolution de l'oxygène anode: catalyseur à base d'iridium

Étant donné que le côté anode est un environnement à haute teneur en oxygène, le catalyseur électrochimique de l'anode ne peut choisir que quelques éléments métalliques précieux et leurs oxydes tels que IR, RU, qui sont très résistants à l'oxydation et à la corrosion.

RUO2 et IRO2 ont la meilleure activité catalytique pour les réactions électrochimiques de l'évolution de l'oxygène, et l'IRO2 a une meilleure stabilité, donc IRO2 est le principal matériau du catalyseur de l'évolution de l'oxygène.

Les méthodes de préparation de l'oxyde d'iridium comprennent principalement la méthode d'oxydation thermique, la méthode des précipitations chimiques, la méthode de fusion Adams (ADMAS), la méthode du sol-gel, etc. Par exemple, la méthode des précipitations chimiques ajoute généralement une alcaline (comme l'hydroxyde de sodium) à une solution aqueuse iridium, et après la réaction, un hydroxyde (IR (OH) 3 (H2O) 3 ou irox · Des précipitations sont obtenues, puis une calcination est effectuée pour obtenir de l'oxyde d'iridium.