Alkalisk vattenelektrolys
| Alkaliskt vattenelektrolys | |
|---|---|
| Typiska material | |
| Typ av elektrolys: | Alkalisk vattenelektrolys |
| Typ av membran/membran | NiO |
| Bipolärt/separatorplattmaterial | Rostfritt stål |
| Katalysatormaterial på anoden | Ni/Co/Fe |
| Katalysatormaterial på katoden | Ni/C-Pt |
| Anod PTL-material | Ti/Ni/zirkonium |
| Katod PTL-material | Mesh i rostfritt stål |
| Toppmoderna driftområden | |
| Celltemperatur | 60-80°C |
| Stapeltryck | <30 bar |
| Strömtäthet | 0,2-0,4 A/cm 2 |
| Cellspänning | 1,8-2,40 V |
| Krafttäthet | till 1,0 W/cm 2 |
| Dellastområde | 20-40 % |
| Specifik energiförbrukningsstack | 4,2-5,9 kWh/Nm 3 |
| Specifikt energiförbrukningssystem | 4,5-7,0 kWh/Nm 3 |
| Cellspänningseffektivitet | 52-69 % |
| Systemets väteproduktionshastighet | <760 Nm 3 /h |
| Livstid stack | <90 000 timmar |
| Acceptabel nedbrytningshastighet | <3 µV/h |
| Systemets livslängd | 20-30 a |
Alkalisk vattenelektrolys är en typ av elektrolysator som kännetecknas av att ha två elektroder som arbetar i en flytande alkalisk elektrolytlösning av kaliumhydroxid (KOH) eller natriumhydroxid (NaOH). Dessa elektroder separeras av ett membran som separerar produktgaserna och transporterar hydroxidjonerna (OH − ) från en elektrod till den andra. En nyligen citat behövs ] genomförd jämförelse visade att toppmoderna nickelbaserade vattenelektrolysatorer med alkaliska elektrolyter leder till konkurrenskraftig eller till och med bättre effektivitet än vattenelektrolys av sura polymerelektrolytmembran [ med platinagruppmetallbaserade elektrokatalysatorer.
Tekniken har en lång historia inom den kemiska industrin. Den första storskaliga efterfrågan på väte dök upp i slutet av 1800-talet för flygplan som är lättare än luft, och före tillkomsten av ångreformering på 1930-talet var tekniken konkurrenskraftig.
I samband med avkolning av industrin kan alkalisk vattenelektrolys betraktas som en viktig teknik som möjliggör effektiv energiomvandling och lagring.
Struktur och material
Elektroderna är vanligtvis åtskilda av en tunn porös folie (med en tjocklek mellan 0,050 till 0,5 mm), vanligen kallad membran eller separator. [ citat behövs ] Membranet är icke-ledande för elektroner, vilket undviker elektriska kortslutningar mellan elektroderna samtidigt som det tillåter små avstånd mellan elektroderna. Den joniska ledningsförmågan tillförs av den vattenhaltiga alkaliska lösningen, som tränger in i membranets porer. Det toppmoderna diafragman är Zirfon, ett kompositmaterial av zirkoniumoxid och polysulfon. Membranet undviker vidare blandningen av det producerade vätet och syret vid katoden respektive anoden.
Typiskt används nickelbaserade metaller som elektroder för alkalisk vattenelektrolys. Med tanke på rena metaller är Ni den minst aktiva icke-ädla metallen. Det höga priset på bra ädelmetallelektrokatalysatorer såsom platinagruppmetaller och deras upplösning under syreutvecklingen är en nackdel. Ni anses vara mer stabilt under syreutvecklingen, men rostfritt stål har visat god stabilitet och bättre katalytisk aktivitet än Ni vid höga temperaturer under Oxygen Evolution Reaction (OER) .
Ni-katalysatorer med stor ytarea kan uppnås genom avlegering av nickel-zink eller nickel-aluminiumlegeringar i alkalisk lösning, vanligen kallad Raney-nickel . I celltester bestod de hittills bäst presterande elektroderna av plasmavakuumsprutade Ni-legeringar på Ni-nät och varmförzinkade Ni-nät. Det senare tillvägagångssättet kan vara intressant för storskalig industriell tillverkning eftersom det är billigt och lätt skalbart.
Fördelar jämfört med PEM vattenelektrolys
I jämförelse med polymerelektrolytvattenelektrolys är fördelarna med alkalisk vattenelektrolys huvudsakligen:
- Billigare katalysatorer med avseende på de platinametallgruppbaserade katalysatorer som används för PEM-vattenelektrolys.
- Högre hållbarhet tack vare en utbytbar elektrolyt och lägre upplösning av anodkatalysator.
- Högre gasrenhet på grund av lägre gasdiffusion i alkalisk elektrolyt.