欢迎来到江苏氢港新能源科技有限公司网站!

0512-58588966
Technical articles技术文章
首页 > 技术文章 > 浅述碱性电解水核心改善方向

浅述碱性电解水核心改善方向

 更新时间:2023-09-22    点击量:582

在电解系统层面,主要有两种策略来实现更低的成本:

电堆设计和电堆组成:包括使用不那么紧缺的材料,重新设计电堆以实现更高的效率(即制取氢气时更低的电力成本),更高的耐用性(更长的使用寿命来摊提的设备投资成本)和增加电流密度(更高的生产率,即每单位投资能产出更多的氢气)。

增加模块尺寸:这可以为工厂BOP组件带来规模经济。该策略应考虑在小模块尺寸与大模块尺寸之间进行权衡,前者(小模块儿尺寸)可实现大规模制造、标准化和复制;后者(大模块儿尺寸)以更少的部署单元和更少的部署知识(经验、学习)为代价,BOP易实现更大的成本降低。

关于碱性电解槽的电堆,重点关注的是电极和隔膜。双极板和PTL(多孔传输层)的优先级较低,因为它们是基于涂有镍的不锈钢板,这已经是重要的,且具有成本效益的组件了。将PTL集成到电极和隔膜中的策略对于降低成本也至关重要,如下所述:

1)增加电流密度:电堆的电流密度可以从0.5 A/cm2增加到更先进的2-3 A/cm2。然而,这种电流密度的增加不能以降低效率为代价。


一些制造商也已经实现了更高的电流密度,现在可以使用电极隔膜封装,在 2 伏 (V)下提供高达 1.2 A/cm2 的性能范围。2-3 W/cm2的功率密度可以通过展示更薄的碱性电解槽隔膜或膜来实现。与PEM一样,碱性电解槽也需要提高其电压效率水平,减少欧姆损耗并增加电极动力学。


2)减少隔膜厚度:这可以提高效率,减少电力消耗。隔膜越薄,从阴极到阳极输送OH的阻力就越低。然而,最终,这是以更高的气体渗透率为代价的,这导致了更大的安全问题。另一个缺点是耐久性较低,因为在隔膜上形成针孔的可能性较高,而且机械稳健性较差。总体而言,隔膜厚度应达到接近PEM和AEM的值(现状大约在100μm左右,未来会更低)。

目前用于PEM的膜尺寸约为125-175微米(μm),有可能减小到20 μm或更低。低于这一点(对于PEM),效率效益有限。对于碱性电解槽,电流隔膜厚度约为500 μm左右。将其减小到50 μm将有助于在1 A/cm2时将效率从53%提高到75%(见下图)。


不同隔膜厚度碱性电解槽电压(越高,效率越低)与电流密度(电密越高,产量越高)的关系


3)将催化剂成分和电极结构重新设计为具有高比表面积的电极:尽管使用廉价且广泛使用的镍基催化剂作为电极,但碱性电解槽传统上在摆脱基础的或陈旧的电极设计并实现更高的析氢和析氧反应效率方面遇到了许多挑战。与其他技术的效率差异很小,更好的设计可实现更高的效率。


除了传统上用Raney-Ni催化剂(镍铝[Ni-Al]或镍锌[Ni-Zn])增加表面积之外,其他要点被认为是具有中等难度的挑战。此外,任何新颖的概念仍然需要保持长期的耐用性,要能与目前的镀镍的不锈钢孔板相媲美。这就是为什么Raney-Ni电极没有大规模商业化部署的原因,至少没有大规模的电极,因为它们在长期运行中存在一些关键的耐用性方面(低机械稳定性),并且由于使用昂贵的制造工艺技术,成本更高。(说明:目前来看一些Raney-Ni配方加上热喷涂工艺(或者优化后的热喷涂工艺)在性能和寿命上取得了初步的比较正向的绩效。)新颖的PTL概念:碱性电解槽在使用高效PTL方面(可能是基于镍材的)也没有很好地发展。(目前多数采用镍丝网,可以考虑泡沫镍,镍毡等多孔有序结构优化物。)这在优化这些方面尤其如此,以减少质量传输限制(例如,气泡阻力,困在碱性PTL内),以及优化保护涂层替代方案,以减少阳极侧的界面阻力。



文章来源:氢眼所见

注:已获得转载权

扫一扫,关注微信
地址:江苏省苏州市张家港市华夏科技园F幢三楼 传真:0512-58588966
版权所有 © 2024 江苏氢港新能源科技有限公司  备案号:苏ICP备2020068389号-1