Hydrogencelle er en enhet som brukes til å produsere hydrogen gjennom elektrolyse av vann. Avhengig av elektrolytten kan elektrolyseceller deles inn i flere hovedtyper, inkludert alkaliske elektrolyseceller, protonutvekslingsmembran (PEM) elektrolyseceller og fastoksidelektrolyseceller (SOEC). Følgende er en detaljert beskrivelse av hovedtypene:
1. Alkalisk elektrolyser
arbeidsprinsipp
Elektrolytt:Vanligvis brukes kaliumhydroksid (KOH) eller natriumhydroksid (NaOH) løsning som elektrolytt.
Anodereaksjon:Ved anoden oksideres vannmolekyler til oksygen, protoner og elektroner: 4OH−→2H2O+O2+4e−
Katodreaksjon:Ved katoden reagerer vannmolekyler med elektroner for å danne hydrogen og hydroksidioner: 2H2O+2e−→H2+2ÅH−
Fordeler
Moden teknologi:Moden teknologi, mye brukt, har mange års erfaring med industriell bruk.
Lav kostnad:Utstyrs- og vedlikeholdskostnadene er relativt lave.
2. Proton exchange membrane (PEM) elektrolysator
Arbeidsprinsipp
Elektrolytt:Bruk protonutvekslingsmembran (som Nafion) som elektrolytt.
Anodereaksjon:Ved anoden oksideres vannmolekyler til oksygen, protoner og elektroner: 2H2O→O2+4H++4e−
Katodreaksjon:Ved katoden passerer protoner gjennom membranen og kombineres med elektroner for å danne hydrogengass: 4H++4e−→2H2
Fordeler
Høy effektivitet:Høyere effektivitet enn alkalisk elektrolysator.
Rask respons:Kan starte og stoppe raskt, egnet for kombinasjon med intermitterende fornybar energi.
Kompakt design:Enheten er mer kompakt for små og distribuerte applikasjoner.
Ulemper
Høy kostnad:Høye kostnader for membraner og katalysatorer (vanligvis platina eller iridium).
Høye krav til vannkvalitet:vann med høy renhet er nødvendig for å unngå membranforurensning.
3. Solid Oxide Elektrolysator (SOEC)
Arbeidsprinsipp
Elektrolytt:Bruk faste oksider (f.eks. Yttriumoksidstabilisert zirkoniumoksid, YSZ) som elektrolytter.
Anodereaksjon:Ved anoden oksideres oksygenioner for å danne oksygen og elektroner: O2−→O2+4e−
Katodreaksjon:Ved katoden reagerer vannmolekyler med elektroner og danner hydrogen- og oksygenioner: 2H2O+4e−→2H2+2O2−
Fordeler
Høy effektivitet:Maksimal teoretisk effektivitet, spesielt ved høye temperaturer (vanligvis 700-1000 grad ).
Reversibilitet:Kan bytte mellom elektrolyse- og brenselcellemodus for energilagring.
Ulemper
Høy temperatur drift:Det kreves drift med høy temperatur, med høye krav til material- og systemdesign.
Teknologien er ikke moden:Det er fortsatt i forsknings- og utviklings- og demonstrasjonsstadiet, og har ennå ikke blitt kommersialisert i stor skala.
Søknadsfelt
1.Industriell hydrogenproduksjon: Det er mye brukt i hydrogenetterspørselen til kjemisk industri, oljeraffinering, gjødsel og annen industri.
2.Energilagring: Konvertering av fornybare energikilder (som sol og vind) til hydrogenlagring for å balansere nettbelastninger.
3.Transport: Hydrogenforsyningsinfrastruktur for hydrogen Brenselcellekjøretøyer (FCEVs).
visjon om fremtiden
Med teknologisk fremgang og kostnadsreduksjon vil teknologi for hydrogenproduksjon spille en stadig viktigere rolle for å fremme utviklingen av ren energi og redusere karbonutslipp. Forskere og selskaper jobber med å forbedre effektiviteten til elektrolysatorer, redusere kostnadene og utvikle mer holdbare og effektive materialer for å øke utviklingen av dette feltet.
