Analyse af katalysator for PEM Electrolyzer

1. Introduktion til PEM -vandelektrolyse til brintproduktion

PEM Electrolyzertil brintproduktion, også kendt somProtonudvekslingsmembranVandelektrolyse til brintproduktion henviser til en brintproduktionsproces, der bruger en protonudvekslingsmembran som en fast elektrolyt og bruger rent vand som råmateriale til elektrolyse af vand til at producere brint.

Sammenlignet med alkalisk vandelektrolyse -brintproduktionsteknologi har PEM -vandelektrolyse hydrogenproduktionsteknologi fordelene ved stor strømtæthed, høj hydrogenrenhed og hurtig responshastighed. PEM -vandelektrolyse -brintproduktionsteknologi har højere arbejdseffektivitet.

Dog sidenPEM -elektrolysereBehov for at operere i et meget surt og meget oxiderende arbejdsmiljø, er udstyret mere afhængigt af dyre metalmaterialer såsom Iridium, Platinum, Titanium osv., Som resulterer i høje omkostninger.

PEM Electrolyzer

2.pem vandelektrolyse brintproduktionsprincip

PEM -brintproduktion er hovedsageligt opdelt i de følgende fire trin.

1. Vandelektrolyse og iltudvikling

Vand (2H2O) gennemgår en hydrolyse-reaktion på den positive elektrode og opdeler i protoner (4H+), elektroner (4E-) og gasformigt ilt (O2) under virkningen af ​​det elektriske felt og katalysator, som vist i ligning (1).

2H2O = 4H ++ 4E-+O2 (1)

2. Protonudveksling

4H+ passerer gennem den faste PEM indeholdende sulfonsyrefunktionelle grupper og når den negative elektrode under virkningen af ​​det elektriske felt.

3. elektronisk ledning

4E-elektroner passerer fra den positive elektrode til den negative elektrode gennem det eksterne kredsløb.

4. brintgasudvikling

4H+, der når den negative elektrode, får 4E- til at generere 2H2, som vist i ligning (2).

4H ++ 4e- = 2H2 (2)

3. PEM vandelektrolyse brintproduktionskatalysator

Det almindelige kommercielle produkt af protonudvekslingsmembran er perfluorosulfonsyrepolymermembraner. Derfor er arbejdsmiljøet for PEM -hydrogenproduktionsmembranelektrode meget surt. Materialerne i hver komponent skal overveje korrosionsbestandighed, og katalysatoren er ingen undtagelse. Generelt ædle metaller såsom platin, iridium, ruthenium osv.

Katalysatorerne af katoden og anoden af ​​PEM Electrolyzer til brintproduktion er forskellige. Katoden er enPlatinum Carbon Catalyst, og anoden er generelt en iridiumbaseret katalysator, såsom iridiumdioxid og iridium sort. Kapacitet med lav belastning er en af ​​de fremtidige teknologiske udviklingsretninger. Derudover er optimering af katalytisk struktur og genanvendelse af affald af ædle metal også varme emner i branchen.

1. Katode Hydrogenudvikling: Platinum Carbon Catalyst

Som en god katalysator kan PT adsorbere hydrogenmolekyler og fremme dissociation og er i øjeblikket det første valg til kommerciel brug. Platinum-on-carbon katalysator, omtalt somPt/c, også kendt som platin-på-carbon-katalysator, henviser til en bærerkatalysator, der indlæses platin på aktivt kul og er en af ​​underkategorierne af ædle metalkatalysatorer. PT-belastning er generelt 0,4-0,6 mg/cm2.

Metoden med kemisk reduktion er i øjeblikket den mest almindeligt anvendte platinum carbon katalysatorproduktionsmetode. Det henviser til en metode, der bruger aktivt kul, destilleret vand, hexachloroplatinsyreopløsning osv. Som råvarer og producerer en platin carbon -katalysator gennem blanding og opløsning, ultrasonisk vibration, kemisk reduktionsbehandling og andre trin.

2. Anode Oxygen Evolution: Iridium-baseret katalysator

Da anodesiden er et miljø med højt ilt, kan den anode elektrokemiske katalysator kun vælge et par ædle metalelementer og deres oxider, såsom IR, Ru, som er meget modstandsdygtige over for oxidation og korrosion.

RUO2 og IRO2 har den bedste katalytiske aktivitet til iltudviklingselektrokemiske reaktioner, og IRO2 har bedre stabilitet, så Iro2 er det vigtigste materiale i iltudviklingskatalysator.

Fremstillingsmetoderne for iridiumoxid inkluderer hovedsageligt termisk oxidationsmetode, kemisk nedbørsmetode, Adams (ADMAs) smeltningsmetode, sol-gel-metode osv. For eksempel tilføjer den kemiske nedbørsmetode normalt en alkali (såsom natriumhydroxid) til en iridium aqueous opløsning, og efter reaktion Nedbør opnås, og derefter udføres calcination for at opnå iridiumoxid.