Fem metoder til at reducere omkostningerne og øge effektiviteten af ​​PEM -elektrolysatorer

I. Aktuel status for PEM Electrolyzer

PEM brintproduktionssystem er centreret omPEM Electrolyzer, udstyret med gas-væske-separationsindretning, fairing, gasmonitor, kølevandsenhed, rensningssystem og strømforsyning og elektronisk kontrolsystem, der tilsammen udgør et komplet PEM-hydrogenproduktionssystem.

I omkostningsstrukturen i PEM -brintproduktionssystemet koncentreres 60% af omkostningerne omPEM Electrolyzer, og det resterende hjælpeudstyr inklusive strømforsyning, ensretter og elektronisk kontrol og rensningsudstyr tegner sig for 40% af omkostningerne. Og 50% af de 60%PEM ElectrolyzerOmkostninger er membranelektrode. Membranelektroden inkluderer også kerneteknologier såsom ædle metalkatalysatorer ogProtonudvekslingsmembraner.

Derfor afhænger omkostningsreduktion og effektivitetsforbedring af PEM -hydrogenproduktionssystem hovedsageligt af membranelektrode, der tegner sig for 50% af de samlede omkostninger. Dette er nøglefaktoren i, om PEM-hydrogenproduktionsteknologi kan opnå storstilet markedsprogram. Gennem analysen af ​​PEM-megawatt-niveau elektrolysatorer kan det konstateres, at de aktuelle udfordringer, som PEM-systemet står overfor, inkluderer høj ydeevne og høje omkostninger, høj elektrisk densitet og levetid, højt tryk og applikationsscenarier.

Den høje ydelse afPEM Electrolyzerafspejles i vind-sol-kobling, hurtigt start-stop og høj renhed og høj effekt af brintproduktion, men dette er også ledsaget af problemet med høje omkostninger. Da ædle metalkomponenter i systemet ikke er blevet udskiftet effektivt, er omkostningerne ved PEM Electrolyzer 4 til 5 gange for traditionel alkalisk flydende brintproduktion.

Det andet er forholdet mellem den nuværende tæthed og levetid. På nuværende tidspunkt øger PEM og alkalisk brintproduktionsudstyr på markedet den aktuelle densitet. På grundlag af de samme udstyrsomkostninger kan øge den aktuelle densitet fra 1A til 2A direkte reducere omkostningerne med 30% til 40%. Forøgelse af strømtætheden kan hurtigt reducere omkostningstrykket, men det kan også forkorte udstyrets levetid.

Dette viser, at det i processen med industriel drift eller projektdrift er nødvendig at finde en rimelig omkostningseffektivitet eller et passende interval mellem den nuværende tæthed og levetid for at opnå en balance mellem omkostninger og fordele.

Outputtrykket af PEM-systemet har visse fordele i forhold til alkalisk brintproduktionsudstyr, som kan nå 3-3,8 MPa, hvilket er især velegnet til produktion af naturgasbrintproduktion og brintpipeline-transport. Dette trykniveau matcher også det almindelige tryk fra bygasrørledninger (ca. 4 MPa).

Selvom efterspørgslen efter højt tryk ikke er højt i halvlederen, kunstig diamant og nogle farmaceutiske mellemindustrier, er det højtryksanvendelse af PEM -elektrolysatorer i energifeltet, såsom sekundær rensning og trykforøgelse, især nødvendig.

Ii. Omkostningsreduktion og optimering af PEM -elektrolysere

I henhold til den aktuelle status somPEM -elektrolysere, nøglen til deres store applikation ligger i at reducere omkostninger og optimere ydelsen. På nuværende tidspunkt ligger omkostningsreduktion i at optimere katalysatorsystemet for at reducere omkostningerne, bruge meget ledende supportmaterialer og erstatte dem med højtydendeProtonudvekslingsmembraner.

1. Udvikling og anvendelse af lav-dyreagtige metalelektrokatalysatorer

▪ Reducer produktionsomkostningerne

Ved at reducere indholdet af ædle metaller (platin, iridium og ruthenium) og forbedre effektiviteten af ​​forberedelsesprocessen, kan fremstillingsomkostningerne for PEM Electrolyzer -elektrokatalysatorer reduceres, og produkternes konkurrenceevne kan forbedres.

▪ Forbedre stabiliteten

Ved at øge doping af ikke-metalliske elementer og forbedre krystalstrukturen kan stabiliteten af ​​PEM Electrolyzer-elektrokatalysatorer forbedres, hvilket gør dem mere stabile og pålidelige i faktisk brug.

▪ Forbedre ydelsen

Ved at justere den elektrokatalytiske aktivitet af ikke-dyreagtige metaller og øge det specifikke overfladeareal, kan ydelsen af ​​PEM Electrolyzer-elektrokatalysatorer forbedres, reaktionens aktiveringsenergibarriere kan reduceres, og reaktionshastigheden kan øges.

2. Design og forberedelse af støttematerialer med høj ledningsevne

▪ Forbedre ledningsevnen

Ved at vælge passende supportmaterialer og øge kontaktområdet mellem katalysatoren og understøttelsesmaterialet kan ledningsevnen af ​​PEM Electrolyzer -elektrokatalysatorer forbedres, og modstandstabet under reaktionen kan reduceres.

▪ Forøg supportstyrken

Ved at øge styrken og sejheden i understøttelsesmaterialet og forbedre forberedelsesprocessen kan understøttelsesstyrken for PEM Electrolyzer -elektrokatalysatoren forbedres for at forhindre, at katalysatoren bryder eller falder af under reaktionen.

▪ Juster mikrostrukturen

Ved at justere mikrostrukturen af ​​understøttelsesmaterialet og ændre transportstien for reaktanterne kan mikrostrukturen af ​​PEM -elektrolysatorelektrokatalysatoren justeres for yderligere at optimere transporten af ​​reaktanterne og reaktionsprocessen.

3. optimering og forbedring af protonudvekslingsmembranstruktur

▪ Selektiv permeabel membran

Gaspermeation kan reduceres ved at indføre en selektiv permeabel membran. Denne membran tillader kun reaktionsgassen at passere, mens den forhindrer permeation af andre gasser.

▪ Sandwichstruktur

Gaspermeation kan reduceres ved at ændre sandwichstrukturen. For eksempel kan et porøst pudelag introduceres for at opdele PEM i flere små områder for at reducere crossover af gasprodukter.

▪ Gasdiffusionskoefficient

Gaspermeation kan reduceres ved at reducere gasdiffusionskoefficienten. Dette kan opnås ved at øge stivheden af ​​polymerkæden, indføre forstærkende materialer, forbedre behandlingsbetingelserne osv.

4. Optimering af gylle sammensætning og forbedring af fysiske egenskaber

▪ Optimering af opslæmningssammensætning

I henhold til behov skal du justere katalysator, bærekomponenter, ionomerer og andre yderligere materialer i opslæmningen for at optimere dens ydelse.

▪ Forbedring af fysiske egenskaber

Kvaliteten af ​​MEA kan forbedres ved at forbedre de fysiske egenskaber, såsom partikeldiameter, reologi og zeta -potentiale i opslæmningen.

▪ Introduktion af yderligere funktioner

MEA's liv og pålidelighed kan forbedres ved at introducere yderligere funktioner såsom antioxidanter og reduktionsmidler.

5. Forbedring og optimering af MEA -behandlingsforanstaltninger

▪ Valg af belægningsmetoder

I henhold til behov skal du vælge passende belægningsmetoder, såsom elektrokemisk afsætning, ultralydsprøjtning, overførselstryk osv. For at optimere MEA's katalytiske ydeevne.

▪ Renovering af belægningsudstyr

Ifølge behov renoveres det eksisterende belægningsudstyr for at opnå rulle-til-rullebelægning osv. For at imødekomme industrielle behov.

▪ Overvågning af belægningskvalitet

Opret et belægningskvalitetsdetektionssystem til overvågning og feedback Kontrollerer kvaliteten af ​​belægningen i realtid for at sikre kvaliteten af ​​MEA.