PEM 전해저의 비용을 줄이고 효율성을 높이는 5 가지 방법

I. PEM 전해저의 현재 상태

PEM 수소 생산 시스템은 중심에 있습니다PEM 전해저가스 액체 분리 장치, 페어링, 가스 모니터, 냉각수 장치, 정제 시스템 및 전원 공급 장치 및 전자 제어 시스템이 장착되어 있으며 완전한 PEM 수소 생산 시스템을 구성합니다.

PEM 수소 생산 시스템의 비용 구조에서 비용의 60%가 집중됩니다.PEM 전해저및 전원 공급 장치, 정류기 및 전자 제어 및 정화 장비를 포함한 나머지 보조 장비는 비용의 40%를 차지합니다. 및 60%의 50%PEM 전해저비용은 멤브레인 전극입니다. 막 전극에는 또한 귀금속 촉매 및와 같은 코어 기술이 포함됩니다.양성자 교환 막.

따라서 PEM 수소 생산 시스템의 비용 절감 및 효율 개선은 주로 총 비용의 50%를 차지하는 막 전극에 의존합니다. 이것이 PEM 수소 생산 기술이 대규모 시장 응용 프로그램을 달성 할 수 있는지 여부의 핵심 요소입니다. PEM Megawatt 수준의 전해질 분석을 통해 PEM 시스템이 직면 한 현재의 과제에는 고성능 및 높은 비용, 높은 전기 밀도 및 서비스 수명, 고압 및 응용 시나리오가 포함된다는 것을 알 수 있습니다.

고성능PEM 전해저바람-종자 커플 링, 빠른 스타트 스톱 및 고순도 및 높은 수소 생산에 반영되지만 이는 또한 높은 비용의 문제를 동반합니다. 시스템의 귀금속 성분이 효과적으로 대체되지 않았기 때문에 PEM ​​전해저의 비용은 전통적인 알칼리성 액체 수소 생산의 4 ~ 5 배입니다.

두 번째는 현재 밀도와 서비스 수명의 관계입니다. 현재, 시장의 PEM 및 알칼리성 수소 생산 장비는 현재 밀도를 증가시키고 있습니다. 동일한 장비 비용을 기준으로, 현재 밀도를 1A에서 2A로 증가 시키면 비용을 30%에서 40%로 직접 줄일 수 있습니다. 현재 밀도를 높이면 비용 압력이 빠르게 줄어들 수 있지만 장비의 서비스 수명이 단축 될 수도 있습니다.

이는 산업 운영 또는 프로젝트 운영 과정에서 비용과 혜택 사이의 균형을 달성하기 위해 현재 밀도와 서비스 수명 사이의 합리적인 비용 효율성 또는 적절한 범위를 찾아야 함을 보여줍니다.

PEM 시스템의 출력 압력은 알칼리성 수소 생산 장비에 비해 특정 이점이 있으며, 이는 3-3.8 MPa에 도달 할 수 있으며, 이는 특히 천연 가스 수소 생산 및 수소 파이프 라인 운송에 적합합니다. 이 압력 수준은 또한 도시 가스 파이프 라인 (약 4 MPa)의 일반적인 압력과 일치합니다.

반도체, 인공 다이아몬드 및 일부 제약 중간 산업에서는 고압에 대한 수요가 높지 않지만, 2 차 정제 및 압력 증가와 같은 에너지 분야에서 PEM 전해저의 고압 적용이 특히 필요하다.

II. PEM 전해저의 비용 절감 및 최적화

현재 상태에 따라PEM 전해저, 대규모 응용 프로그램의 핵심은 비용을 줄이고 성능을 최적화하는 데 있습니다. 현재 비용 절감은 촉매 시스템을 최적화하여 비용을 절감하고 전도성이 높은 지원 자료를 사용하고 고성능으로 대체하는 데 있습니다.양성자 교환 막.

1. 저렴한 금속 전기 촉매의 개발 및 적용

▪ 제조 비용을 줄입니다

귀금속 (백금, 이리듐 및 루테늄)의 함량을 줄이고 준비 과정의 효율성을 향상시킴으로써 PEM 전해기 전기 촉매의 제조 비용을 줄이고 시장 경쟁력을 향상시킬 수 있습니다.

▪ 안정성을 향상시킵니다

비금속 원소의 도핑을 증가시키고 결정 구조를 개선함으로써, PEM 전해기 전기 촉매의 안정성을 개선하여 실제 사용에서보다 안정적이고 신뢰할 수있게한다.

▪ 성능 향상

비 임시 금속의 전기 촉매 활성을 조정하고 특이 적 표면적을 증가시킴으로써, PEM 전해저 전기 촉매의 성능을 개선 할 수 있고, 반응의 활성화 에너지 장벽을 감소시키고 반응 속도를 증가시킬 수있다.

2. 고전도 지지자의 설계 및 준비

▪ 전도도 향상

적합한지지 물질을 선택하고 촉매와지지 물질 사이의 접촉 영역을 증가시킴으로써, PEM 전해기 전기 촉매의 전도도가 개선 될 수 있고 반응 동안의 저항 손실이 감소 될 수있다.

▪ 지원 강도를 높입니다

지지 물질의 강도와 인성을 증가시키고 제조 과정을 개선함으로써, 반응 동안 촉매가 파손되거나 떨어지는 것을 방지하기 위해 PEM 전해저 전기 촉매의지지 강도를 개선 할 수있다.

▪ 미세 구조를 조정하십시오

지지 물질의 미세 구조를 조정하고 반응물의 수송 경로를 변경함으로써, PEM 전해저 전기 촉매의 미세 구조를 조정하여 반응물의 수송 및 반응 과정을 추가로 최적화 할 수있다.

3. 양성자 교환 막 구조의 최적화 및 개선

▪ 선택적 투과성 막

선택적 투과성 막을 도입함으로써 가스 투과가 감소 될 수있다. 이 막은 반응 가스가 통과하는 동시에 다른 가스의 투과를 방지합니다.

▪ 샌드위치 구조

샌드위치 구조를 변경하여 가스 투과를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 다공성 쿠션 층을 도입하여 PEM을 여러 개의 작은 영역으로 나누어 가스 제품의 교차를 줄일 수 있습니다.

▪ 가스 확산 계수

가스 확산 계수를 줄임으로써 가스 투과를 줄일 수 있습니다. 이는 중합체 체인의 강성을 증가시키고 강화 재료를 도입하고 처리 조건을 개선함으로써 달성 할 수 있습니다.

4. 슬러리 구성 최적화 및 물리적 특성 개선

▪ 슬러리 조성의 최적화

필요에 따라, 슬러리의 촉매, 캐리어 성분, 이오노머 및 기타 추가 물질을 조정하여 성능을 최적화하십시오.

▪ 물리적 특성의 개선

슬러리에서 입자 직경, 유변학 및 제타 전위와 같은 물리적 특성을 개선하여 MEA의 품질을 향상시킬 수 있습니다.

▪ 추가 기능 소개

산화 방지제 및 환원제와 같은 추가 기능을 도입함으로써 MEA의 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

5. MEA 처리 측정의 개선 및 최적화

▪ 코팅 방법의 선택

필요에 따라 전기 화학 증착, 초음파 분무, 전송 인쇄 등과 같은 적절한 코팅 방법을 선택하여 MEA의 촉매 성능을 최적화하십시오.

▪ 코팅 장비의 리노베이션

요구에 따르면, 기존 코팅 장비는 산업 요구를 충족시키기 위해 롤 투 롤 코팅 등을 달성하기 위해 개조되어 있습니다.

▪ 코팅 품질 모니터링

코팅 품질 감지 시스템을 구축하여 MEA의 품질을 보장하기 위해 코팅의 품질을 실시간으로 모니터링하고 피드백합니다.