Composition et principe de travail de l'électrolyzer de production d'hydrogène PEM

Électrolyse d'eau de la membrane d'échange de protons (PEM)La technologie présente les avantages d'une faible consommation d'énergie CC, d'une densité de courant élevée, d'un petit volume d'électrolyzer, d'une pression de fonctionnement élevée et d'un fonctionnement de pression différentielle, d'une large plage de réglage de la puissance, etc. Il a une bonne adaptabilité à l'énergie éolienne et à une puissance photovoltaïque avec de grandes fluctuations, et s'est développée rapidement ces dernières années.

LeÉlectrolyzer PEMest la partie centrale du dispositif de production d'hydrogène de l'électrolyse d'eau PEM. Ses principaux composants comprennent des plaques de compression, des plaques bipolaires, des couches de diffusion de gaz, des anodes et des cathodes, etAssemblages d'électrode membranaire（MEA）. En comprenant les matériaux et les fonctions des composants de l'électrolyzer PEM, nous pouvons approfondir notre compréhension de cette technologie de pointe et de son rôle dans le domaine de l'énergie propre.

Composition deÉlectrolyzer PEM

Les noms des composants de l'électrolyzer PEM de haut en bas sont:

Boulon, plaque de compression, couche d'isolation,plaque bipolaire, bague en caoutchouc d'isolation, maille de titane (2 couches),Titane ressenti, électrode à membrane, feutre en titane, maille de titane (2 couches), anneau en caoutchouc d'isolation, plaque d'électrode, couche d'isolation, plaque de compression

1. Plaque de compression

La plaque de compression est en alliage d'aluminium et est utilisée pour réparer l'ensemble de l'électrolyzer.

2.Andre de caoutchouc

Le prochain sous la plaque de pression est le cycle en caoutchouc d'isolation, qui a des propriétés d'isolation et d'étanchéité.

3. Plaque bipolaire (BPP)

La plaque bipolaire (BPP) est un séparateur plat (avec un maillage métallique ou un stratifié d'écran ou un séparateur de métal épais avec des canaux de champ d'écoulement gravés) utilisés pour correspondre à la tension d'alimentation en empilant plusieurs unités de cellules électrolytiques en série. Séparez les unités adjacentes et établissez des connexions électroniques. Il doit avoir une faible résistance et une stabilité mécanique et chimique élevée, une distribution des fluides et une conductivité thermique élevée, car elle contribue également à favoriser le transfert de chaleur.

Le titane est généralement considéré comme un matériau de pointe en raison de son excellente résistance, de sa faible résistivité, de sa conductivité thermique élevée et de sa faible perméabilité en hydrogène. Cependant, le titane est sensible à la corrosion, en particulier du côté anode, où le potentiel peut dépasser 2V, entraînant une accumulation d'oxyde de surface, ce qui augmente la résistance de contact et réduit la conductivité thermique. Pour éviter cela, un mince revêtement en platine peut être appliqué pour réduire la résistance de la surface.

4. Anneau de silicone

Il s'agit d'un anneau en silicone avec des propriétés d'étanchéité et de transport de fluide.

5.GAS de diffusion (GDL)

La couche de diffusion du gaz, ou collecteur de courant GDL ou PTL, agit comme un conducteur électronique entre le MEA et le BPP, garantissant un transfert de masse efficace de liquide et de gaz entre l'électrode et le BPP.

À l'anode, l'eau liquide est transportée des canaux du BPP à travers le collecteur actuel à la couche de catalyseur sur la membrane, où l'eau est décomposée en oxygène et protons, et l'oxygène produit ici diffuse dans le canal d'écoulement dans la direction opposée à travers le collecteur actuel.

À la cathode, l'eau liquide et l'hydrogène sont transportés de la membrane vers les canaux du BPP à travers le collecteur actuel. Les électrons commencent à partir de la couche de catalyseur du côté anode, passent à travers le collecteur actuel et le BPP, puis atteignent le côté cathode. Dans les électrolyseurs PEM, d'autres matériaux doivent être utilisés car le potentiel d'anode est suffisamment élevé pour oxyder les matériaux de carbone. Le titane est généralement le choix du collecteur de courant d'anode.

6. Ensemble d'électrodes en composition (MEA)

Le MEA se compose d'une membrane conductrice de protons, qui est recouverte de couches d'électrocatalyse poreuses sur les côtés de l'anode et de la cathode. C'est le composant central de l'électrolyzer. L'eau est décomposée en hydrogène gazeux et en oxygène sous l'action du courant électrique. À l'anode, l'eau est oxydée en oxygène et protons. Les protons hydratés migrent ensuite vers la cathode. Les électrons s'écoulent vers la cathode à travers un circuit externe.

À la cathode, les protons gagnent des électrons et sont réduits pour former de l'hydrogène. L'oxyde d'iridium est généralement considéré comme le catalyseur le plus avancé de l'électrolyse de l'eau PEM. Parmi les oxydes de transition unique, RUO2 a la plus élevée de l'activité OER, mais est instable dans des conditions d'électrolyzer. L'IRO2 est légèrement moins actif que RUO2, mais a l'avantage d'une résistance à la corrosion plus élevée.

Principe de travail de l'électrolyzer PEM

L'eau pénètre dans la plaque bipolaire de l'entrée d'eau, puis pénètre dans la couche de diffusion du gaz et pénètre enfin dans la membrane d'échange de protons. En entrant le courant et la tension, l'eau est décomposée en protons H + et deux O2- en contactant la membrane d'échange de protons de l'électrode. O2- perd des électrons e- pour former O2.

Les électrons perdus atteignent la cathode à travers le circuit et H + atteint la cathode à travers la membrane de proton, où il se combine avec des électrons pour former H2.

L'anode produit de l'oxygène et la cathode produit de l'hydrogène. L'oxygène produit à l'anode est sorti à travers le tube d'anode, tandis que l'hydrogène produit à la cathode est sorti à travers le tube de cathode, puis monte au séparateur de gaz d'eau pour former du gaz.