Celula cu hidrogen este un dispozitiv folosit pentru a produce hidrogen prin electroliza apei. În funcție de electrolit, celulele electrolitice pot fi împărțite în mai multe tipuri principale, inclusiv celule electrolitice alcaline, celule electrolitice cu membrană de schimb de protoni (PEM) și celule electrolitice cu oxid solid (SOEC). Mai jos este o descriere detaliată a principalelor tipuri:
1. Electrolizor alcalin
Principiul de funcționare
Electrolit:De obicei, ca electrolit se folosește hidroxid de potasiu (KOH) sau hidroxid de sodiu (NaOH).
Reacția anodului:La anod, moleculele de apă sunt oxidate în oxigen, protoni și electroni: 4OH−→2H2O+O2+4e−
Reacția catodică:La catod, moleculele de apă reacţionează cu electronii pentru a forma ioni de hidrogen şi hidroxid: 2H2O+2e−→H2+2Oh−
Avantaje
Tehnologie matură:Tehnologia matură, utilizată pe scară largă, are mulți ani de experiență în aplicații industriale.
Cost scăzut:Costurile cu echipamentele și întreținerea sunt relativ mici.
2. Electrolizor cu membrană schimbătoare de protoni (PEM).
Principiul de funcționare
Electrolit:Utilizați membrana schimbătoare de protoni (cum ar fi Nafion) ca electrolit.
Reacția anodului:La anod, moleculele de apă sunt oxidate în oxigen, protoni și electroni: 2H2O→O2+4H++4e−
Reacția catodică:La catod, protonii trec prin membrană și se combină cu electronii pentru a forma hidrogen gazos: 4H++4e−→2H2
Avantaje
Eficiență ridicată:Eficiență mai mare decât electrolizorul alcalin.
Raspuns rapid:Poate porni și opri rapid, potrivit pentru combinație cu energie regenerabilă intermitentă.
Design compact:Dispozitivul este mai compact pentru aplicații mici și distribuite.
Dezavantaje
Cost ridicat:Costul ridicat al membranelor și catalizatorilor (de obicei, platină sau iridiu).
Cerințe ridicate de calitate a apei:este necesară apă de înaltă puritate pentru a evita poluarea membranei.
3. Electrolizor cu oxid solid (SOEC)
Principiul de funcționare
Electrolit:Utilizați oxizi solizi (de exemplu, zirconiu stabilizat cu oxid de ytriu, YSZ) ca electroliți.
Reacția anodului:La anod, ionii de oxigen sunt oxidați pentru a forma oxigen și electroni: O2−→O2+4e−
Reacția catodică:La catod, moleculele de apă reacţionează cu electronii pentru a forma ioni de hidrogen şi oxigen: 2H2O+4e−→2H2+2O2−
Avantaje
Eficiență ridicată:Eficiență teoretică maximă, în special la temperaturi ridicate (de obicei 700-1000 grade ).
Reversibilitate:Poate comuta între modurile de electroliză și celulă de combustibil pentru stocarea energiei.
Dezavantaje
Funcționare la temperatură ridicată:Este necesară funcționarea la temperaturi ridicate, cu cerințe ridicate pentru proiectarea materialului și a sistemului.
Tehnologia nu este matură:Este încă în stadiul de cercetare și dezvoltare și demonstrație și nu a fost încă comercializat la scară largă.
Câmpul de aplicare
1.Producție industrială de hidrogen: este utilizat pe scară largă în cererea de hidrogen din industria chimică, rafinarea petrolului, îngrășăminte și alte industrii.
2. Stocarea energiei: convertirea surselor de energie regenerabilă (cum ar fi solară și eoliană) în stocare de hidrogen pentru echilibrarea sarcinilor rețelei.
3.Transport: infrastructură de furnizare cu hidrogen pentru vehicule cu pile de combustie cu hidrogen (FCEV).
viziune asupra viitorului
Odată cu progresul tehnologic și reducerea costurilor, tehnologia de producție a hidrogenului va juca un rol din ce în ce mai important în promovarea dezvoltării energiei curate și în reducerea emisiilor de carbon. Cercetătorii și companiile lucrează pentru a îmbunătăți eficiența electrolizoarelor, a reduce costurile și a dezvolta materiale mai durabile și mai eficiente pentru a stimula dezvoltarea acestui domeniu.
