PEM 전해저에 대한 촉매 분석

1. 수소 생산을위한 PEM 물 전기 분해 소개

PEM 전해저수소 생산의 경우양성자 교환 막수소 생산을위한 물 전기 분해는 고체 전해질로서 양성자 교환 막을 사용하는 수소 생산 공정을 지칭하고 수소를 생산하기 위해 물의 전기 분해를위한 원료로 순수한 물을 사용한다.

알칼리성 물 전기 분해 수소 생산 기술과 비교하여, PEM 물 전기 분해 수소 생산 기술은 전류 밀도, 높은 수소 순도 및 빠른 반응 속도의 장점을 가지고 있습니다. PEM 물 전기 분해 수소 생산 기술은 작업 효율이 높습니다.

그러나 그 이후로PEM 전해저고도로 산화성이 높고 산화성이 높은 작업 환경에서 작동 해야하는 장비는 이리듐, 백금, 티타늄 등과 같은 고가의 금속 재료에 더 의존하여 높은 비용을 초래합니다.

PEM 전해저

2. PEM 물 전기 분해 수소 생산 원리

PEM 수소 생산은 주로 다음 4 단계로 나뉩니다.

1. 물 전기 분해 및 산소 진화

물 (2H2O)은 양성 전극상에서 가수 분해 반응을 겪고 방정식 (1)에 도시 된 바와 같이 전기장 및 촉매의 작용 하에서 양성자 (4H+), 전자 (4E-) 및 기체 산소 (O2)로 분할된다.

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

2. 양성자 교환

4H+는 설 폰산 기능 그룹을 함유 한 고체 PEM을 통과하고 전기장의 작용 하에서 음의 전극에 도달한다.

3. 전자 전도

4E- 전자는 양의 전극에서 외부 회로를 통해 음극 전극으로 통과한다.

4. 수소 가스 진화

음성 전극에 도달하는 4H+는 식 (2)에 도시 된 바와 같이 4E-를 가져옵니다.

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

3. PEM 물 전기 분해 수소 생산 촉매

양성자 교환 막의 공통 상업용 생성물은 퍼플 루오 술 폰 산 중합체 막이다. 따라서, PEM 수소 생산 막 전극의 작업 환경은 매우 산성이다. 각 성분의 재료는 부식 저항을 고려해야하며 촉매도 예외는 아닙니다. 일반적으로 백금, 이리듐, 루테늄 등과 같은 귀금속.

수소 생산을위한 음극 및 PEM 전해저의 양극의 촉매는 다릅니다. 음극은 a백금 탄소 촉매및 양극은 일반적으로 이산화 이리듐 및 이리듐 블랙과 같은 이리듐 기반 촉매이다. 낮은 부하 용량은 미래의 기술 개발 방향 중 하나입니다. 또한, 촉매 구조 최적화 및 폐기물 귀금속 재활용도 업계에서 인기있는 주제입니다.

1. 음극 수소 진화 : 백금 탄소 촉매

우수한 촉매로서, PT는 수소 분자를 흡착하고 해리를 촉진 할 수 있으며 현재 상업적 사용을위한 첫 번째 선택이다. 플래티넘-나 카본 촉매 (AS)PT/c백금-탄수화 촉매로도 알려진 것은 백금을 활성탄에로드하는 캐리어 촉매를 지칭하며 귀금속 촉매의 하위 범주 중 하나입니다. PT 로딩은 일반적으로 0.4-0.6 mg/cm2입니다.

화학적 환원 방법은 현재 가장 일반적으로 사용되는 백금 탄소 촉매 생산 방법입니다. 이는 활성탄, 증류수, 헥사 클로로 플라틴 산 용액 등을 원료로 사용하고 혼합 및 용해, 초음파 진동, 화학적 환원 처리 및 기타 단계를 통해 백금 탄소 촉매를 생성하는 방법을 말합니다.

2. 양극 산소 진화 : 이리듐 기반 촉매

양극 측은 높은 산소 환경이기 때문에, 양극 전기 화학 촉매는 산화 및 부식에 매우 강한 IR, RU와 같은 몇 가지 귀금속 원소와 IR, RU와 같은 산화물 만 선택할 수 있습니다.

RuO2 및 IRO2는 산소 진화 전기 화학 반응에 대한 최상의 촉매 활성을 가지며, IRO2는 안정성이 우수하므로 IRO2는 산소 진화 촉매의 주요 재료이다.

산화 이리듐의 제조 방법은 주로 열 산화 방법, 화학 강수량, ADAMS (ADAM) 용융 방법, 졸-겔 방법 등을 포함한다. 예를 들어, 화학적 침전 방법은 일반적으로 알칼리 (예 : 수산화 나트륨)를 이리 디움 수용액에 추가하고, 반응 후, hydroxide (ir) 3 (H2O) 3 또는 NHO2. 강수량을 얻은 다음, 이리듐 산화물을 얻기 위해 소환을 수행한다.