Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2022-08-31 Herkunft:Powered
Die Wasserstofftechnologie wird als neue Hoffnung für den Energieübergang im Kontext des steigenden Energiebedarfs und der Knappheit der natürlichen Ressourcen angesehen. Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie und kann als kohlenstofffreier Kraftstoff für Industrie- und Transportanwendungen verwendet werden. Die Produktion von Grünwasserstoff bezieht sich auf die Verwendung erneuerbarer Energieerzeugung durch Wasserelektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoffenergie. Dies ist eine grüne und saubere Art der Energieerzeugung, die die Energieerzeugung dekarbonisieren kann. Die Kosten für die Produktion von grünem Wasserstoff sind jedoch im Vergleich zur Dampfreformierung von Energiequellen auf Kohlenstoffbasis wie Methan hoch, die für die meisten industriellen Wasserstoffproduktion verwendet werden. Obwohl die Kosten für die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Quellen niedrig sind, sind die Investitionskosten für Elektrolyseziger relativ hoch.
1789 wurde erstmals die Elektrolyse von Wasser zur Herstellung von Gas entdeckt, was mehr als zwei Jahrhunderte mit der Entwicklung der Wasserstoffproduktion aus der Wasserelektrolyse begann. Im Jahr 1800 wurde die Wasserelektrolyse erfolgreich durch Voltaic Reactor erreicht, und seine Gasprodukte wurden als H2 und ○ 2. In den 1830er Jahren bestimmt, stellte das Faradaysche Gesetz die wissenschaftliche Definition der Wasserelektrolyse vor, und die Forschung verschiedener Elektrolytzellgeräte förderte die Kontinuierliche Entwicklung der Wasserstoffproduktionstechnologie aus der Wasserelektrolyse. Obwohl die Wahrnehmung und Nachfrage der Menschen nach Wasserstoff Energie nicht vollständig sind, ist die Entwicklung der Wasserstoffproduktionstechnologie der Elektrolyse -Wasserstoff nicht glatt, unterbrochen jedoch nicht die Entwicklung von Technologie. Mit der Einstellung der Energiestruktur erscheint allmählich die wichtige Position der Wasserstoffenergie, und die Technologie der Elektrolyse von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff entwickelt sich auch schnell. Das Grundprinzip der Wasserelektrolyse für die Wasserstoffproduktion besteht darin, dass Wasser als Rohmaterial verwendet wird und eine externe Spannung verwendet wird, um eine vollständige elektrische Schaltung zu bilden. Die Injektion der elektrischen Energie bricht den Innenausgleich von Wassermolekülen aus, und die Spaltung tritt auf. Wasserstoff- und Sauerstoffatome werden rekonstruiert und H2 und O2 werden schließlich freigesetzt. Die Wasserelektrolyse ist das Auftragen von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Gleichstrom durch wässrige Lösung von KOH oder NaOH. Die chemischen Reaktionen sind wie folgt:
Kathode: 2 H2O + 2 E - H2 + 2 OH -
Anode: OH - 2 1/2 O2 und H2O + E
Gesamtgleichung: H2O = H2+1/2o2
2.1 Anionenaustauschmembrantechnologie
Im Gegensatz zu AEL- oder Protonenaustausch -Membranprozessen kombiniert AEM -Elektrolyse die Vorteile beider. Die Struktur des AEM -Elektrolyseers ähnelt der des PEM: Eine Membran, auch Ionomer bezeichnet, die aus einem ionisch leitenden Kunststoff besteht, trennt die Elektroden auf beiden Seiten der Membran. Die Elektroden bestehen auch aus Ionomeren und dotiert mit Katalysatorpartikeln. Im Gegensatz zu PEM können sich AEM-Elektrolyseure auf nicht-noble Metallkatalysatoren wie die Nickelbasis verlassen und somit die Materialkosten effektiv reduzieren. Wie der AEL -Prozess findet die AEM -Reaktion in einer alkalischen Umgebung statt. Das Wasser ist an der Kathode elektrolysiert, um Wasserstoff zu produzieren. Weitere Merkmale der AEM -Elektrolyse sind hohe Stromdichte, hohe Effizienz und Flexibilität. Obwohl der erste Fortschritt erzielt wurde, bleibt der Schwerpunkt des Labors auf der Optimierung der Membranformulierung. Ein wichtiger Faktor, der seine Effizienz beeinflusst, ist der Kontaktwiderstand zwischen der Membran und der Elektrode. Um den Widerstand so klein wie möglich zu gestalten, brauchen wir eine gute Ionenverbindung zwischen der Membran und der Elektrode. Daher müssen wir nicht nur weiterhin die Polymerformulierung der Membran optimieren, sondern auch Elektrodenklebstoffe für die Membran anpassen und entwickeln. Darüber hinaus befindet sich das Team auch im Prozess der weiteren Optimierung, z. B. der Beschichtung, um die Massenproduktion von Membranmaterialien zu erreichen.
2.2 Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse von alkalischem Wasser
Die Wasserstoffproduktion aus alkalischem Wasser ist eine der ausgereiften Wasserstoffproduktionstechnologien und die am meisten kommerzialisierten Wasserstoffproduktionstechnologien. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde groß angelegte Wasserstoffproduktionsgeräte mit 1 MW-Niveau entwickelt. Die Ausrüstung für die Wasserstoffproduktion aus alkalischem Wasser besteht hauptsächlich aus Elektrolyt, Anode, Kathode und Zwerchfell. Alkalische Elektrolyseure verwenden normalerweise eine Kaliumhydroxidlösung (20%~ 30%) als Elektrolyt. Bei der Wasserstoffproduktion aus der Wasserelektrolyse wird Lauge nicht verbraucht und spielt nur die Rolle des Ionentransports. Die Wasserstoffproduktion aus alkalischer Wasserelektrolyse ist die früheste Forschungs- und Entwicklungstechnologie und die reifer Technologie. Es hat die Vorteile des einfachen Betriebs und der geringen Kosten, aber die Nachteile sind eine geringe Effizienz der Elektrolyse, eine schlechte Anpassungsfähigkeit der Stromversorgungschwankungen, eine starke Äußerlichkeit der Lauge usw. Die Betriebstemperatur der alkalischen Elektrolytzelle beträgt normalerweise 40 ~ 80 ° und die Die Leitfähigkeit des Elektrolyten in der Elektrolytzelle nimmt mit zunehmender Temperatur zu. Da sich der Elektrolyt während des Kaltstarts bei Raumtemperatur befindet, ist sein Widerstandswert groß und die Spannung des Elektrolyseers konstant, so dass der Strom klein und die Wasserstoffproduktion klein ist. Die Temperatur der Lauge nimmt mit zunehmender Leitungszeit zu. Mit der Zunahme der Lauge -Leitfähigkeit steigt die Wasserstoffproduktion allmählich an. Die alkalische Wasserelektrolytzelle kann unter 20% ~ 110% variabler Belastung betrieben werden, wobei der Kaltstart für 2 ~ 3h und einen heißen Start 15 min ist. Um das Problem der nicht entworfenen Betriebskapazität der elektrolytischen Alkali-Wasserstoffproduktionsausrüstung zu lösen, ist die übliche Methode heißer Standby, das die alkalische Lösung in der Elektrolytzelle bei einer bestimmten Temperatur hält, um die Wasserstoffproduktion rechtzeitig zu starten.
2.3 PEM Water Electrolyator
Die Protonenaustauschmembran wird verwendet, um Protonen im Wasserelektrolyator zu leiten, um das Gas auf beiden Seiten der Elektrode zu isolieren und den Nachteil der Verwendung eines starken alkalischen Flüssigelektrolyten bei Ehrfurcht zu vermeiden. Der Protonenaustauschmembranhydrolyser verwendet Protonenaustauschmembran als Elektrolyt und reines Wasser als Reaktant. Darüber hinaus weist PEM eine niedrige Wasserstoffpermeabilität auf und erzeugt einen hohen Wasserstoff mit Reinheit, sodass nur Wasserdampf entfernt werden muss. Mit Nullabstandsstruktur und niedrigem Ohm -Widerstand wird die Gesamteffizienz des elektrolytischen Prozesses erheblich verbessert und das Volumen kompakter. Breiter Druckregelbereich, Wasserstoffausgangsdruck bis zu mehreren MPa, geeignet für den schnell ändernden erneuerbaren Stromeingang. Daher ist die Protonenaustauschmembranelektrolyse für die Wasserstoffproduktion eine vielversprechende Technologie für die Produktion von Grünwasserstoff. Es sollte auch beachtet werden, dass der Engpass der Wasserstoffproduktion von PEM -Hydroelektrolyse Kosten und Lebensdauer ist. Die Kosten für bipolare Plattenelektrolysee und Membranelektrode betragen etwa 48% bzw. 10%. Derzeit ist das internationale fortgeschrittene Niveau von PEM wie folgt: Einzelzellleistung von 2a cm - 2@2 V, Gesamtladung von Platin -Katalysator von 2 ~ 3 mg/cm2, stabile Betriebszeit von 6 × 104 ~ 8 × 104H, Wasserstoffproduktion, Wasserstoffproduktion, Wasserstoffproduktion Kosten von ca. 3,7 USD pro kg Wasserstoff. Die Forschung zur Reduzierung der Kosten für Protonenaustauschmembranelektrolyseure konzentriert sich hauptsächlich auf die Kernkomponenten wie Membranelektrode, Gasdiffusionsschicht und bipolare Platte basierend auf Katalysator und Protonenaustauschmembran.
3. Häufige Anomalien und Verbesserungsmessungen der Elektrolytzellen von Hydrohydrogenzellen
Symptom 1: Die Spannung einzelner Zellen im Elektrolyator steigt während der regelmäßigen Überwachung, manchmal über 3,0 V. Entsorgungsmethode: Schließen und Freilassung des Drucks, öffnen Sie das Stoppventil unter dem Druckerhöhungsplatte des Elektrolyseers und entladen den Elektrolyt, der Verunreinigungen enthält. Spülen Sie den Elektrolyator mit destilliertem Wasser oder Stickstoff aus. Nach dem Filtern des Niederschlags oder der Wiederholung des Elektrolyten wird der Elektrolyt in den Tank gelegt. Überwachen Sie weiter nach dem Start die Einheitsspannung. Wenn nicht, kann die Batteriespannung im angrenzenden Polrahmen auf mehr als 3,0 V verkürzt werden, sodass kein Gas erzeugt wird. Danach werden die Fehler normalerweise beseitigt.
Störung Phänomen 2: Alkali -Leckage oder Gasleckage auf der Isolationsdichtung. Fehlerbehebung Methode: Erst saubere Lauge -Leckage mit destilliertem Wasser, Ziehensschrauben und Muttern nach dem Trocknen korrekt festziehen (gleichmäßige Kraft auftragen), starten Sie die Maschine, erfassen Sie Blasen mit Seifenwasser, falls keine Blasen und dann Fehlerbehebung.
Fehlerphänomen 3: Die Gesamtspannung des Elektrolyseers ist zu hoch, und der Gleichrichterstrom kann nicht auf den Nennwert eingestellt werden. Lösung: Wenn die Elektrolytkonzentration normal ist und das Gleichrichtergerät in gutem Zustand ist, wenn die schlechte Temperatur höher als 80 ° C ist, liegt die Spannung höher als 16 V und der Strom niedriger als 150 a, die Maschine zum Ersetzen der Maschine stoppen Elektrolyt im Elektrolyten. Der Elektrolyte kann nach dem Austausch nicht erneut verwendet werden. Bereiten Sie einen neuen Elektrolyten vor und fügen Sie ihn dem Elektrolyzer hinzu. Fehlerphänomen 4: Das Fundament der positiven Platte des Elektrolyseers ist das Rauchen und Zündeten. Eliminierungsmethode: Schneiden Sie sofort die Stromversorgung ab, entfernen Sie das Isolationsrohr und die Isolationsbodenplatte, entfernen Sie die kleinen Teile, spülen Sie sie mit Wasser aus und trocken. Wenn Verbrennungsmarken gefunden werden, müssen sie vor dem Gebrauch ersetzt und installiert werden.
Symptom 5: Im Prozess der Wasserstoffproduktion sind Gaseinheiten immer weniger. Eliminierungsmethode: Wenn die Alkali -Auslaugung normal ist und der Kontrolldruckunterschied normal ist, wird der Fehler durch die Fraktur des Asbestmembrangewebes im Tank verursacht. Stoppen Sie die Maschine zu diesem Zeitpunkt, sonst ist sie gefährlich. Ersetzen Sie das Asbestfilmtuch und ersetzen Sie sich wieder zusammen.
