Cinq méthodes pour réduire les coûts et augmenter l'efficacité des électrolyseurs PEM

I. État actuel de l'électrolyseur PEM

Le système de production d'hydrogène PEM est centré surÉlectrolyzer PEM, équipé d'un dispositif de séparation de gaz-liquide, d'un carénage, d'un moniteur de gaz, d'un unité d'eau de refroidissement, d'un système de purification et d'un système d'alimentation électrique et de contrôle électronique, qui constituent ensemble un système complet de production d'hydrogène PEM.

Dans la structure des coûts du système de production d'hydrogène PEM, 60% du coût est concentré surÉlectrolyzer PEMet les équipements auxiliaires restants, y compris l'alimentation électrique, le redresseur et l'équipement électronique de contrôle et de purification, représentent 40% du coût. Et 50% des 60%Électrolyzer PEMLe coût est une électrode à membrane. L'électrode membranaire comprend également des technologies de base telles que des catalyseurs métalliques précieux etmembranes d'échange de protons.

Par conséquent, la réduction des coûts et l'amélioration de l'efficacité du système de production d'hydrogène PEM dépendent principalement de l'électrode membranaire, qui représente 50% du coût total. C'est le facteur clé pour savoir si la technologie de production d'hydrogène PEM peut obtenir une application de marché à grande échelle. Grâce à l'analyse des électrolyseurs au niveau du mégawatt PEM, il peut être constaté que les défis actuels auxquels sont confrontés le système PEM comprennent des performances élevées et un coût élevé, une densité électrique élevée et une durée de vie, une haute pression et des scénarios d'application.

La haute performance deÉlectrolyzer PEMse reflète dans le couplage éolien, le démarrage rapide et la haute pureté et la puissance élevée de la production d'hydrogène, mais cela s'accompagne également du problème du coût élevé. Étant donné que les composants métalliques précieux du système n'ont pas été efficacement remplacés, le coût de l'électrolyzer PEM est de 4 à 5 fois celui de la production traditionnelle d'hydrogène liquide alcalin.

La seconde est la relation entre la densité actuelle et la durée de vie. À l'heure actuelle, les équipements de production d'hydrogène PEM et alcalins sur le marché augmentent la densité actuelle. Sur la base du même coût de l'équipement, l'augmentation de la densité actuelle de 1A à 2A peut réduire directement le coût de 30% à 40%. L'augmentation de la densité actuelle peut rapidement réduire la pression des coûts, mais elle peut également raccourcir la durée de vie de l'équipement.

Cela montre que dans le processus d'exploitation industrielle ou de fonctionnement du projet, il est nécessaire de trouver un coût raisonnable ou une plage appropriée entre la densité actuelle et la durée de vie pour atteindre un équilibre entre le coût et les avantages.

La pression de sortie du système PEM présente certains avantages par rapport à l'équipement de production d'hydrogène alcalin, qui peut atteindre 3-3,8 MPa, ce qui convient particulièrement à la production d'hydrogène du gaz naturel et au transport du pipeline d'hydrogène. Ce niveau de pression correspond également à la pression commune des pipelines de gaz urbain (environ 4 MPa).

Bien que la demande de haute pression ne soit pas élevée dans le semi-conducteur, le diamant artificiel et certaines industries intermédiaires pharmaceutiques, l'application à haute pression des électrolyseurs PEM dans le champ d'énergie, telles que la purification secondaire et l'augmentation de la pression, est particulièrement nécessaire.

Ii Réduction des coûts et optimisation des électrolyseurs PEM

Selon le statut actuel deElectrolyseurs PEM, la clé de leur application à grande échelle réside dans la réduction des coûts et l'optimisation des performances. À l'heure actuelle, la réduction des coûts réside dans l'optimisation du système de catalyseur pour réduire les coûts, en utilisant des matériaux de support hautement conducteurs et en les remplaçant par des performances élevéesmembranes d'échange de protons.

1. Développement et application d'électrocatalyseurs métalliques peu précieux

▪ Réduire les coûts de fabrication

En réduisant le contenu des métaux précieux (platine, iridium et ruthénium) et en améliorant l'efficacité du processus de préparation, le coût de fabrication des électrocatalyseurs d'électrolyzer PEM peut être réduit et la compétitivité du marché des produits peut être améliorée.

▪ Améliorer la stabilité

En augmentant le dopage des éléments non métalliques et en améliorant la structure cristalline, la stabilité des électrocatalyseurs d'électrolyzer PEM peut être améliorée, ce qui les rend plus stables et fiables à une utilisation réelle.

▪ Améliorer les performances

En ajustant l'activité électrocatalytique des métaux non précieux et en augmentant la surface spécifique, les performances des électrocatalyseurs d'électrolyzer PEM peuvent être améliorées, la barrière d'énergie d'activation de la réaction peut être réduite et la vitesse de réaction peut être augmentée.

2. Conception et préparation de matériaux de soutien à haute conductivité

▪ Améliorer la conductivité

En sélectionnant des matériaux de support appropriés et en augmentant la zone de contact entre le catalyseur et le matériau de support, la conductivité des électrocatalyseurs d'électrolyzer PEM peut être améliorée et la perte de résistance pendant la réaction peut être réduite.

▪ Augmenter la force du soutien

En augmentant la résistance et la ténacité du matériau de support et l'amélioration du processus de préparation, la résistance de support de l'électrocatalyste de l'électrolyzer PEM peut être améliorée pour empêcher le catalyseur de se casser ou de tomber pendant la réaction.

▪ Réglez la microstructure

En ajustant la microstructure du matériau de support et en modifiant le chemin de transport des réactifs, la microstructure de l'électrocatalyste de l'électrolyzer PEM peut être ajustée pour optimiser davantage le transport des réactifs et le processus de réaction.

3. Optimisation et amélioration de la structure de la membrane d'échange de protons

▪ Membrane sélective perméable

La perméation du gaz peut être réduite en introduisant une membrane perméable sélective. Cette membrane permet uniquement au gaz de réaction de passer, tout en empêchant la perméation d'autres gaz.

▪ Structure des sandwichs

La perméation du gaz peut être réduite en modifiant la structure du sandwich. Par exemple, une couche de coussin poreuse peut être introduite pour diviser le PEM en plusieurs petites zones pour réduire le croisement des produits de gaz.

▪ Coefficient de diffusion de gaz

La perméation du gaz peut être réduite en réduisant le coefficient de diffusion du gaz. Cela peut être réalisé en augmentant la rigidité de la chaîne polymère, en introduisant des matériaux de renforcement, en améliorant les conditions de traitement, etc.

4. Optimisation de la composition de la suspension et de l'amélioration des propriétés physiques

▪ Optimisation de la composition de la suspension

Selon les besoins, ajustez le catalyseur, les composants du transporteur, les ionomères et autres matériaux supplémentaires dans la suspension pour optimiser ses performances.

▪ Amélioration des propriétés physiques

La qualité du MEA peut être améliorée en améliorant les propriétés physiques telles que le diamètre des particules, la rhéologie et le potentiel zêta dans la suspension.

▪ Introduction de fonctions supplémentaires

La durée de vie et la fiabilité du MEA peuvent être améliorées en introduisant des fonctions supplémentaires telles que les antioxydants et la réduction des agents.

5. Amélioration et optimisation des mesures de traitement de MEA

▪ Sélection de méthodes de revêtement

Selon les besoins, sélectionnez des méthodes de revêtement appropriées telles que le dépôt électrochimique, la pulvérisation à ultrasons, l'impression de transfert, etc. pour optimiser les performances catalytiques de MEA.

▪ Rénovation de l'équipement de revêtement

Selon les besoins, l'équipement de revêtement existant est rénové pour atteindre un revêtement roul-to-roll, etc. pour répondre aux besoins industriels.

▪ Surveillance de la qualité du revêtement

Établir un système de détection de qualité de revêtement pour surveiller et la rétroaction de contrôler la qualité du revêtement en temps réel pour garantir la qualité du MEA.