Teknologi Elektrolisis PEM vs. Teknologi Elektrolisis ALK: Teknologi Manakah Yang Anda Pilih?

Hidrogen, sebagai sumber tenaga yang bebas pencemaran, boleh diperbaharui dan bersih, serta dengan ketumpatan tenaganya yang tinggi, menjadi hala tuju pembangunan teras dalam proses peralihan tenaga. Penghasilan hidrogen melalui elektrolisis air merupakan teknologi arus perdana untuk pengeluaran hidrogen hijau, dan persaingan teknologi antara elektrolisis membran pertukaran proton (PEM) dan elektrolisis alkali (ALK) sentiasa menjadi tumpuan perbincangan industri. Kami akan menjalankan perbincangan terperinci dan perbandingan ciri-ciri teras kedua-dua teknologi ini.

1. Prinsip Teras:

Elektrolisis PEM: Menggunakan air tulen sebagai elektrolit dan menggunakan membran pertukaran proton untuk mengalirkan ion hidrogen (H+) dan mengasingkan gas. Di bahagian anod, air digunakan sebagai reaktan untuk tindak balas pengoksidaan (OER), menghasilkan oksigen (O2) dan ion hidrogen; di bawah pengaruh medan elektrik, ion hidrogen berhijrah melalui membran pertukaran proton ke katod, di mana ia menjalani tindak balas penurunan (HER) untuk menghasilkan gas hidrogen.

Sel elektrolitik alkali: Menggunakan larutan alkali 30% kalium hidroksida (KOH) sebagai elektrolit, ion hidroksida (OH⁻) dialirkan melalui diafragma. Molekul air di bahagian katod memperoleh elektron dan menjalani tindak balas penurunan, menghasilkan gas hidrogen (H₂) dan ion hidroksida. Di bawah pengaruh medan elektrik, ion hidroksida berhijrah ke anod dan menjalani tindak balas pengoksidaan, akhirnya menghasilkan molekul oksigen dan air. Mekanisme tindak balas khusus ditunjukkan dalam rajah di bawah:

Carta perbandingan teknologi penghasilan hidrogen elektrolisis air

2. Perbandingan prestasi utama：

Jadual perbandingan teknologi menunjukkan bahawa elektrolisis air PEM untuk pengeluaran hidrogen menawarkan kelajuan tindak balas dinamik peringkat kedua dan keupayaan pelarasan beban yang luas, menjadikannya boleh disesuaikan dengan ciri bekalan kuasa sekejap-sekejap tenaga angin dan solar. Walau bagaimanapun, pergantungannya pada pemangkin logam berharga seperti iridium dan platinum, dan bahan plat bipolar berprestasi tinggi seperti aloi titanium, mengakibatkan kos pembuatan peralatan yang tinggi, mengehadkan penggunaannya secara besar-besaran. Elektrolisis air alkali untuk pengeluaran hidrogen, sebaliknya, mempunyai tahap perindustrian yang tinggi dan telah menjalani pengesahan pasaran jangka panjang. Ia tidak memerlukan pemangkin logam berharga, mengakibatkan kos peralatan keseluruhan yang lebih rendah. Tambahan pula, hayat perkhidmatannya yang panjang memudahkan untuk mencapai aplikasi berskala besar gigawatt, menjadikannya teknologi pengeluaran hidrogen arus perdana semasa.

3. Perbezaan struktur:

Teknologi pengeluaran hidrogen PEM dan ALK juga tercermin dalam reka bentuk dan pemilihan bahan komponennya:

3.1 Plat bipolar:

Elektrod sel elektrolitik PEM diperbuat daripada bahan berprestasi tinggi seperti plat titanium dan telah disalut terlebih dahulu. Salutan platinum (Pt) disapu pada permukaan elektrod untuk mencegah pengoksidaan. Plat dwikutub sel elektrolitik alkali diperbuat daripada keluli karbon atau nikel tulen, dikimpal pada rangka elektrod, dan kemudian disalut nikel. Kedua-dua jenis plat dwikutub ini mempunyai pelbagai fungsi, termasuk kekonduksian, sokongan dan penghantaran medium.

3.2 Komponen Teras:

Elektrolisis PEM dilengkapi secara struktur dengan lapisan resapan gas tambahan (GDL), menggunakan bahan berasaskan karbon (seperti kertas karbon dan kain karbon) untuk katod dan bahan berasaskan titanium (seperti jaringan titanium dan busa titanium berliang) untuk anod, mengawal keseimbangan pemindahan jisim gas-cecair dengan tepat dan mengoptimumkan persekitaran antara muka tindak balas. Unit tindak balas terasnya—pemasangan elektrod membran (MEA)—menggunakan struktur membran bersalut pemangkin (CCM), yang dibuat melalui proses penyemburan atau salutan gulung ke gulung. Ketepatan proses pemasangan ini secara langsung mempengaruhi kecekapan elektrolisis. Sebaliknya, elektrolisis alkali tidak memerlukan lapisan resapan gas; proses terasnya memberi tumpuan kepada reka bentuk yang sepadan dengan membran dan elektrod.

3.3 Pemangkin dan Bahan Membran:

Elektrolisis PEM menggunakan iridium (Ir) dan oksidanya (seperti IrO₂) sebagai anod, dan mangkin platinum-karbon (Pt/C) sebagai mangkin katod utama. Membran pertukaran proton terutamanya merupakan membran asid perfluorosulfonik (seperti Nafion) untuk memastikan pengaliran ion hidrogen yang cekap. Elektrolisis alkali menawarkan lebih banyak fleksibiliti dalam pemilihan mangkin, yang membolehkan penggunaan logam mulia (Pt, Pd, Au, Ag, dll.), logam peralihan, atau bahan berasaskan karbon (Fe, Co, Ni, dll.). Membran terutamanya menggunakan membran PPS atau membran komposit untuk memastikan pengaliran ion hidroksida dan pemisahan gas-cecair yang berkesan.

4. Ringkasan:

Elektrolisis PEM, dengan tindak balas pantas dan pembersihan yang cekap, mempunyai kelebihan yang tidak tergantikan dalam projek hidrogen hijau teragih dan senario penggunaan tenaga boleh diperbaharui, dan merupakan hala tuju teras untuk penaiktarafan teknologi masa hadapan; manakala elektrolisis alkali, dengan ciri-ciri matang, stabil dan boleh dikawal kosnya, akan terus mendominasi dalam pengeluaran hidrogen perindustrian berskala besar dan senario bekalan hidrogen stabil jangka panjang.

Tiada keunggulan atau inferioriti yang wujud antara pendekatan teknikal; pertimbangan utama adalah kebolehsuaian dengan senario yang diberikan. Pendekatan teknikal yang manakah anda lihat mempunyai potensi masa depan yang paling menjanjikan?

Soalan Lazim:

1. Siapakah kita?
Rubri berpangkalan di Anhui, China, bermula dari tahun 2011, menjual ke Asia Tenggara, Amerika Utara, Eropah Timur, Asia Selatan.

2, Apakah perkhidmatan rantaian industri penuh yang anda tawarkan untuk pengeluaran hidrogen elektrolisis air alkali?

Rubri menyediakan perkhidmatan rantaian industri penuh termasuk sistem pengeluaran hidrogen elektrolisis air alkali, elektrolisis, peralatan pemisahan dan penulenan gas-cecair, serta barisan pengeluaran elektrolisis, pemasangan, penggantian dan panduan teknikal.

3, Apakah perkhidmatan rantaian industri penuh yang anda tawarkan untuk pengeluaran hidrogen elektrolisis air PEM?

Rubri menyediakan pelbagai bahagian BOP dan sistem lengkap untuk keseluruhan proses pengeluaran hidrogen PEM.

4、Mengapakah anda perlu membeli daripada kami dan bukan daripada pembekal lain?

Rubri mempunyai pasukan penyelidikan dan pembangunan teknikal profesional yang berpengalaman. Keupayaan pemadanan sistem kawalan/R&D dan keupayaan kawalan kualiti. Kelebihan harga dibawa oleh keupayaan integrasi rantaian bekalan.