PEMとアルカリの電気分解の違いは何ですか？

再生可能エネルギーの重要な中心 水素生成 非常に効率的な電解水素生産技術です。電気分解による水素産生は、水素と酸素ガスへの水の電気化学的解離であり、直流の作用下でそれぞれカソードとアノードで沈殿します。

アノード：H2O→1/2O2+2H ++ 2E-（1）

カソード：2H+2E-→H2（2）

合計反応：H2O→H2+1/2O2（3）

電解質系に応じて、電気分解による水素産生は、アルカリ電気分解、質量交換膜（PEM）電気分解、固体酸化物電解の3つのタイプに分けることができます。電子の自由交換が防止され、電荷移動プロセスが外部回路での電子の伝達と内部回路でのイオンの移動に分解され、水素ガスを生成して利用できるようになります。電気分解反応条件は異なり、3つの技術的な比較を以下に示します。

アルカリ電解水素生産

アルカリの液体電解技術は、電解質としてKOHおよびNAOH水溶液をダイヤフラムとして石英布として使用しています。生成された水素ガスの純度は約99％で、デオアルカリミストで処理する必要があります。アルカリ電解剤の主な構造的特徴は、液体電解質と多孔質分配です。 400mA/cm2よりも、効率は通常約60％です。アルカリの液体電解は、20世紀半ばに工業化されました。この技術は成熟しており、寿命は15です。主な欠点は次のとおりです。

1）。液体電解質系では、使用されたアルカリ電解質（KOH）が空気中のCO2と反応して、アルカリ条件下で溶解する炭酸塩（例えばK2CO3）を形成し、多孔質触媒層の詰まりにつながり、それによって衝突する多孔質製品と反応物の移動、電解因子の性能を大幅に削減します。

2）アルカリ液体電解質細胞は、長い起動鉛時間、遅い負荷応答を持ち、電解細胞のアノードとカソードの両側の圧力均等化を常に維持する必要があります。したがって、アルカリの液体電解質電解器は、変動する速い特性を持つ再生可能エネルギー源で使用するのがより困難です。

PEM水素生成

固形ポリメレクトロライト（SPE）と呼ばれる水のPEM電解水の電気分解は、次の原理で動作します。水（2H2O）はアノードで加水分解反応を作り出し、プロトン（4H+）、電子（4E-）、およびガス酸素に分割します電界と触媒の助けを借りて。 4H+プロトンは、電位差の助けを借りて、プロトン交換膜を通過します。 4e電子は外部回路を介して行われてカソードで4H + + 4E反応を作成し、水素（ガス）の沈殿をもたらします。アルカリ電解因子の少なくとも4倍、高効率、高ガス純度、調整可能な電流密度、低エネルギー消費、少量、アルカリ溶液なし、および低エネルギー消費量は、高効率、高いガス純度、調整可能な電流密度、低エネルギー消費量、少量、アルカリ溶液なし、緑の環境、安全性と信頼性、およびより高いガス圧力など。これは、水素生産の分野で最も有望な電解水素生産技術の1つとして認識されています。

典型的なPEM水力発電セルの主な成分には、カソードおよびアノードプレート、カソードとアノードガス拡散層、カソードおよびアノード触媒層、および質量交換膜が含まれます。電気の移動と水とガスの分布を導きます。カソードガス拡散層は、流れを収集し、ガスの移動を促進するために使用されます。カソード触媒層は、触媒、電気伝導培地、および質量伝導培地で構成される三相界面であり、電気化学反応の中心部位です。質量交換膜は、一般的にペルフルオロスルホン酸膜を使用して、固体電解質として使用されます。固体電解質として、パフルオロスルホン酸膜は一般に、カソードをアノードから分離し、基質を移動しながら電気の移動を防ぐために使用されます。電解水には高い触媒キャリアが必要です。理想的な触媒には、高い表面積と多孔性、高い電気導電率、良好な電気触媒特性が必要です。機械的および電気化学的安定性、小さなガス気泡効果、高い選択性、低コスト、毒性なし。上記の条件を満たす触媒は、主にIRやRUなどの貴金属/酸化物、およびそれらの2次元および3次元および3次元の金属/混合酸化物です。 。 IRとRUは高価で希少であるため、現在のPEM電解因子の触媒は利用できません。

PEM電解器で使用されるIRの量は、PEM水カソードで直接使用できるPEM電解剤で使用されるIRの量をPEM電解因子で使用できることが多いため、PEM水電解器で使用されるIRO2の量を減らす必要があります。この段階では、PEM電解カソードのPT負荷は0.4〜0.6 mg/cm2です。再生可能エネルギー源を使用したPEM電解水素生産技術の結合の明らかな利点にもかかわらず、再生可能エネルギーアプリケーションの需要をよりよく満たすために、次の分野での再生可能エネルギーアプリケーションのニーズをよりよく満たすためにさらなる開発が必要です。エリア：

（1）。大規模な再生可能エネルギー消費の需要に合わせて、PEM水素生産の力を増やす。

（2）。現在の密度と、システムコストを削減し、効率的な再生可能エネルギー消費を達成し、補助グリッドのピーキングを促進し、グリッドの負担を軽減し、エネルギー使用効率を改善するために、幅広い負荷の変動で作業する能力を改善する;

（3）。ガスの出力圧力を増やし、ガスの貯蔵と輸送を促進し、その後の加圧機器の必要性を減らし、全体的なエネルギー消費を削減します。

固体酸化物電解による水素産生

高温固体電気分解細胞（SOEC）は、固体酸化物燃料電池（SOFC）の逆反応です。カソード材料は一般にNi/YSZ多孔質金属セラミックであり、アノード材料は主にチタン酸カルシウム酸化物であり、中間電解質はYSZ酸素イオン導体です。混合水素は、カソードでの減少雰囲気を確保し、カソード材料ni）の酸化を防ぐことであり、カソードで電解反応が発生し、高温で電解質層を通過するH2とO2-に分解します。 、電荷を失い、o2。固体酸化物の良好な熱および化学的安定性に至るまで、システム全体が高温で低電圧で電解され、最大90の低エネルギー消費量とシステム効率が生じます。水素生産の％。ただし、高温および湿度条件下でのアノードおよびカソード材料の安定性、および長期間にわたるスタックシステムの急速な分解はまだ解決する必要があります。その結果、SOECテクノロジーはまだ技術開発段階にあります。ドイツのカールスルーエにあるいくつかの小さなデモンストレーションプロジェクトがあり、ヘルメットなどのプロジェクトに支えられています。