PEM 수소 생산 전해저의 조성 및 작업 원리

양성자 교환 막 (PEM) 물 전기 분해기술은 낮은 DC 전력 소비, 고전류 밀도, 소형 전해기 부피, 높은 작동 압력 및 차압 작동, 넓은 전력 조정 범위 등의 장점을 가지고 있습니다. 큰 변동으로 풍력 및 광전지 전력에 적응력이 우수하며 최근 몇 년 동안 빠르게 발전했습니다.

그만큼PEM 전해저PEM 물 전기 분해 수소 생산 장치의 핵심 부분입니다. 주요 구성 요소에는 압축 플레이트, 바이폴라 플레이트, 가스 확산층, 양극 및 캐소드 및 캐소드가 포함됩니다.막 전극 어셈블리(MEA). PEM 전해저에서 구성 요소의 재료와 기능을 이해함으로써, 우리는이 최첨단 기술에 대한 이해와 청정 에너지 분야에서의 역할을 심화시킬 수 있습니다.

구성PEM 전해저

PEM 전해저의 구성 요소의 이름은 위에서 아래로 다음과 같습니다.

볼트, 압축 플레이트, 절연 층,바이폴라 플레이트, 단열 고무 고리, 티타늄 메쉬 (2 층),티타늄 펠트, 막 전극, 티타늄 펠트, 티타늄 메쉬 (2 층), 절연 고무 고리, 전극 플레이트, 절연 층, 압축 플레이트

1. 압축 플레이트

압축 플레이트는 알루미늄 합금으로 만들어지며 전체 전해기를 고정하는 데 사용됩니다.

2. 방울 고무 링

압력판 아래의 다음은 절연 및 밀봉 특성을 갖는 절연 고무 고리입니다.

3. 바이폴라 플레이트 (BPP)

바이폴라 플레이트 (BPP)는 다중 전해 셀 유닛을 직렬로 쌓아서 전원 공급 장치 전압과 일치하는 데 사용되는 평평한 분리기 (금속 메쉬 또는 스크린 라미네이트 또는 에칭 유량 필드 채널이있는 두꺼운 금속 분리기)입니다. 인접한 단위를 별도로 분리하고 전자 연결을 만듭니다. 저항력이 낮고 기계적 및 화학적 안정성, 유체 분포 및 열전도도가 높기 때문에 열 전달을 촉진하는 데 도움이됩니다.

티타늄은 일반적으로 탁월한 강도, 저항력이 낮고 열전도율이 높은 및 낮은 수소 투과성으로 인해 최첨단 물질로 간주됩니다. 그러나, 티타늄은 부식에 걸리기 쉽다. 특히 양극 측에서 전위가 2V를 초과하여 표면 산화물 축적을 초래하여 접촉 저항을 증가시키고 열전도율을 감소시킨다. 이를 피하기 위해 표면 저항을 줄이기 위해 얇은 백금 코팅을 적용 할 수 있습니다.

4. 실리콘 링

이것은 밀봉 및 유체 수송 특성이있는 실리콘 링입니다.

5. GAS 확산 층 (GDL)

가스 확산 층 또는 전류 수집기 GDL 또는 PTL은 MEA와 BPP 사이의 전자 도체로서 작용하여 전극과 BPP 사이의 액체 및 가스의 효과적인 질량 전달을 보장한다.

양극에서, 액체 물은 BPP의 채널에서 전류 수집기를 통해 막의 촉매 층으로 운반되는데, 여기서 물은 산소와 양성자로 분해되고, 여기서 생성 된 산소는 전류 수집기를 통해 반대 방향으로 흐름 채널로 확산된다.

캐소드에서, 액체 물과 수소는 막에서 전류 수집기를 통해 BPP의 채널로 운반된다. 전자는 양극 쪽의 촉매 층에서 시작하여 전류 수집기와 BPP를 통과 한 다음 음극쪽에 도달합니다. PEM 전해질에서는 양극 전위가 탄소 재료를 산화하기에 충분히 높기 때문에 다른 재료를 사용해야합니다. 티타늄은 일반적으로 양극 전류 수집기의 선택입니다.

6. 막 전극 어셈블리 (MEA)

MEA는 양극과 음극 측 둘 다에서 다공성 전기 촉매 층으로 코팅 된 양성자 전도성 막으로 구성됩니다. 전해저의 핵심 구성 요소입니다. 물은 전류의 작용 하에서 기체 수소와 산소로 분해됩니다. 양극에서 물은 산소와 양성자로 산화됩니다. 수화 된 양성자는 캐소드로 이동합니다. 전자는 외부 회로를 통해 음극으로 흐릅니다.

캐소드에서, 양성자는 전자를 얻고 수소를 형성하도록 감소된다. 이리듐 산화물은 일반적으로 PEM 물 전기 분해에서 가장 진보 된 촉매로 간주됩니다. 단일 전이 산화물 중에서, Ruo2는 OER 활성이 가장 높지만 전해지 조건 하에서 불안정하다. IRO2는 RUO2보다 약간 덜 활성이지만 더 높은 부식 저항의 장점이 있습니다.

PEM 전해저의 작동 원리

물은 물 입구에서 양극 판으로 들어가서 가스 확산 층으로 들어가서 마지막으로 양성자 교환 막에 들어갑니다. 전류 및 전압을 입력함으로써, 물은 전극의 양성자 교환 막에 접촉함으로써 양성자 H+ 및 2 O2-로 분해된다. O2- 전자를 잃어 O2를 형성합니다.

손실 된 전자는 회로를 통해 음극에 도달하고, H+는 양성자 막을 통해 음극에 도달하며, 여기서 전자와 결합하여 H2를 형성한다.

양극은 산소를 생성하고 음극은 수소를 생성합니다. 양극에서 생성 된 산소는 양극 튜브를 통해 출력되는 반면, 음극에서 생성 된 수소는 캐소드 튜브를 통해 출력 된 다음 물 가스 분리기로 올라가 가스를 형성합니다.