PEM 전해저의 고전류 밀도 설계

양성자 교환 막 (PEM)물 전기 분해 기술은 고전류 밀도, 높은 작동 압력, 차압 작동 및 넓은 전력 조정 범위와 같은 상당한 이점을 가지고 있습니다. 풍력 및 태양 광 발전에 대한 적응력이 뛰어나고 시장 잠재력이 엄청납니다. 그러나 비용PEM 전해저여전히 비교적 높습니다. PEM 전해기 기술의 비용을 줄이는 방법 중에서, 현재 밀도를 증가시키는 것은 주요 솔루션으로 인식됩니다. 따라서 현재 밀도를 높이기 위해 어느 각도를 고려하고 설계 해야하는지PEM 전해저?

VET Energy R & D 팀이 당신에게 그것을 공개 할 것입니다.

달성 할 수있는 현재 밀도의 상한PEM 전해저

양극 촉매 및막 전극달성 할 수있는 전류 밀도의 상한을 결정하십시오. 현재, 전해질은 일반적으로 2A/CM2 이상의 적용 수준에 도달 할 수 있습니다. 촉매 측면에서, 문헌은 기술 수준이 6-10A/cm²라고보고합니다. 그러나 막 전극의 일치하는 검증 단계와 관련하여 일부 촉매의 성능은 시험을 통과 할 수 없습니다. 전체 검증 프로세스에서 가장 어려운 것은 크기 확대로, 크기로 인해 전기장, 유량장 등이 새로운 변화를 일으킨다. 전극 크기는 전극의 고르지 않은 분포와 큰 전극의 다른 질량 전달 거동을 일으키기 때문에, 작은 전극의 촉매 성능은 큰 크기의 고전류 밀도 촉매 성능으로 변환하기가 어렵다. 따라서, 검증의 반복 속도를 가속화하려면보다 효율적이고 시간 절약 안정성 및 내구성 테스트 방법이 필요합니다.

반면에, 더 얇은 양성자 교환 막은 전류 밀도를 개선하는 데 상당한 이점이있다. 전통적인 N115 막은 비교적 안전한 선택이지만 고전류 밀도에 도전 할 때 양성자 교환 막이 극도로 얇아야한다는 것이 분명합니다. 강화 층이 사용되는지 여부에 관계없이, 미래의 PEM 물 전기 분해 양성자 교환 막은 50μm 미만의 스케일에 도달 할 가능성이있다.

현재 밀도의 증가에 영향을 미치는 설계

첫째, PTL 설계에서보다 엄격한 가스 액체 질량 전달 조건을 고려해야합니다. 고전류 밀도는 강렬한 질량 전달을 가져올뿐만 아니라 열 소산을 증가시킵니다. 반응 수 소비를 계산해야 할뿐만 아니라 국소 과열 문제도 해결해야합니다. 고전류 밀도의 영향PEM 물 전해질열 소산은 주로 양성자 전달로 인해 막에서 발생하고 인터페이스의 전자 전달로 인해 촉매 층에서 발생한다는 것입니다. 생성 된 과량의 열은 약 90 ℃의 최대 임계 온도에서 일반적으로 사용되는 PFSA 기반 막의 열 안정성을 유지하기 위해 제거되어야한다. 또한, 열 관리는 퍼플 루오 술 폰산 (PFSA) 중합체의 팽창, 촉매의 분해 및 기계적 응력의 팽창으로 생성 될 수있는 열 구배를 방지하는 데 중요하다.

두 번째는 시스템 저항입니다. 전류 밀도가 증가하면 시스템의 저항이 더 민감한 요인입니다. 일반적으로, 막은 가장 높은 비율을 설명하고, 막 저항은 계면 접촉 저항 및 전극 및 금속 플레이트 바디 저항보다 크다. 막 저항은 종종 시스템 내부의 이온 수송 저항과 동일합니다.PEM 전해저이와 관련하여 알칼리 전해저와는 매우 다르며, 현재 밀도가 증가함에 따라 기포 벽 문제를 고려할 필요가 없습니다. 그러나 과도한 거품이 물 수송에 미치는 영향에 대해주의를 기울여야합니다. 일부 그라디언트 PTL 설계는이 문제를 해결하는 데 사용됩니다.

(그림 : 전해기의 내부 저항에 영향을 미치는 주요 요인)

전류 밀도를 증가시킨 후 전해기에 대한 다른 영향

위에서 언급 한 가스-액체 관리 외에도, 수소 투과는 전류 밀도를 증가시킨 후에도 크게 증가 할 것이다. 실제 경험에 따르면, 산소에서의 수소 함량은 전기 밀도를 낮은 곳에서 높게 증가시키는 과정에서 점차 감소합니다. 일부 문헌의 보고서와 결합 하여이 법은 특정 범위 내에서만 유효하다는 것을 발견했습니다. 수소 침투의 플럭스는 전류 밀도의 증가에 따라 계속 증가합니다. 총 반응량의 증폭으로 인해, 산소의 수소는 특정 범위 내에서 전기 밀도가 증가함에 따라 감소합니다. 그러나, 넓은 범위의 전기 밀도에서, 과포화 효과는 전기 밀도가 증가함에 따라 산소에서의 수소 농도가 증가 할 것이다.

(그림 : 수소의 과포화 투과)

엔지니어링 문제 측면에서, 전류 밀도를 증가 시키면 코팅 안정성과 PTL 층의 안정성에 대한 더 높은 요구 사항이 더 높아집니다. VET Energy의 R & D 팀은 여전히 ​​이러한 문제를 테스트하고 있습니다.

요약하면, PEM 전해질은 향후 5A/cm² 수준에 도달 할 수있는 재료 기반을 가지고 있습니다. 수소 생산 장비의 제품 개발에서 전해기의 엔지니어링 설계 및 신뢰성 디버깅에 대해보다 자세한 작업이 수행되어야합니다.