PEM electrolyzer қойылымына су сапасының әсері

Жаңартылатын энергия көздерінің ішінде электролиз арқылы сутегі өндірісі оның энергияны сақтау орны ретіндегі әлеуетіне өте перспективалы болып табылады.Протонмен алмасу мембранасы (PEM)Жоғары тиімділікпен сутегі өндірісінің негізгі технологияларының бірі, оның артықшылықтары, жоғары тиімділік, үлкен токтың тығыздығы, төмен температуралық диапазоны және жылдам жауап беру жылдамдығы. Сутегі өндірісі бойынша зерттеулердің көп бөлігіPEM электролизіСутегі өндірісін PEM электролизі, жаңа катализаторлардың дамуы және жаңаларын дамытуға бағытталғанПротонмен алмасу мембранасыЭлектролиттер. Алайда, жүйенің және жемді оңтайландыру қиынға соғады. Сондықтан, бұл зерттеу су сапасының энергияны тұтынуға әсерін зерттейдіPEM electrolyzers, ерітілген қатты заттарға (TDS), су рН және өткізгіштікке назар аудара отырып (әрине, осы үш фактор көбінесе бір-біріне әсер етеді).

Тиімділік және энергияны тұтынуPEM electrolyzersәсерге әсер ету сапасына байланысты. Бұл зерттеу судың қасиеттеріне әсер ететін үш параметрді тексерді: рН (3, 7, 9, 9), жалпы еріген қатты заттар (TDS) (TDS, 600PM, 600PM, 900PM) (өткізгіштік: өткізгіштік: өткізгіштік) (өткізгіштік: өткізгіштік) (өткізгіштік) (өткізгіштік) Стөгістерді қолдану процесін түсіну және оңтайландыруPEM electrolyzers. Нәтижелер көрсеткендей, өндірілген сутегі мөлшері рН, жалпы еріген қатты заттар мен өткізгіштік пен әр айнымалыдың оңтайлы деңгейі ауқымды тестілеу арқылы айтарлықтай әсер етті.

PEM электролиздерінің жұмыс принципі - суды өз электродтарында оттегі мен сутегіге электрмен бөліңіз. Су сутегі шығаратын орта болғандықтан, оның сапасы электролиз процесінің нәтижелеріне әсер етуі мүмкін. PEM электролиздерінің тиімділігіне әсер етуі мүмкін су сапасы рН, жалпы еріген қатты заттарды (TDS) және өткізгіштікке жатады. Мысалы, электролиттің рН мәні сутегі өндірісіне және PEM Electrolyzer-дің энергия тұтынуына әсер етеді; Төмен рН мәні жалпы оттегінің төмендеу реакциясын азайтуға болады (оттегі эволюциясы реакциясы: OER), осылайша энергия шығынын азайтады, бірақ мембрананың тозу проблемасы бар; Тағы бір маңызды фактор - өткізгіштік, төмен өткізгіштік жалпы әлеуетті азайтады, осылайша қажетті энергияны азайтады, сонымен қатар жоғары өткізгіштік мембрананы зақымдауы мүмкін; Сутек пен оттегінің төмендеу реакциялары арасындағы белсенді артық артық зат, сонымен қатар асимметриялық және рН-да тәуелді таралуы бар. Сондықтан, PEM electrolyzer қойылымын жақсарту үшін PH мәнін, TDS құндылығын және өткізгіштікті оңтайландыру қажет. Американдық тестілеу және материалдар қоғамы (ASTM) компаниясы коммерциялық PEM электролиздеріне, яғни жалпы органикалық көміртекті құрамындағы судың жалпы органикалық құрамы 50 дана, резерву қабілеті 1 метрден асады, ал натрий мен хлоридтің құрамы 5 мкг / л құрайды. Алайда, барлық су ресурстары жоқ, бұл PEM электролизерлеріне арналған суды тазарту қосымша шығындарды қажет етеді дегенді білдіреді. ПТ-ның фотоэлектрлік ұяшық тиімділігіне әсері туралы зерттеу TDS су деңгейі (0-2000 дана) жоғарырақ, ал TDS деңгейі нөлге дейін төмендеген кезде, кірістіліктің жоғарылауы байқалады. Сол сияқты, жасанды өзен суын (жұмсақ су) қолдана отырып, lectlelyzer электролиті арқылы зерттеу нәтижелері кальций мен магний ионының концентрациясының артуына байланысты электролизердің өнімділігі төмендегенін көрсетті. Жасуша өнімділігі және PEM electrolyzer-дің механикалық өмірі азайтылды.

1. РН Газ өндіруге және электролизер энергиясын тұтынуға әсері

1.1. Газ өндіруге рН мәнінің әсері

Электролиттің рН мәні өзгерген сайын, өндірілген сутегі мен оттегінің мөлшері де өзгереді. Өндірілген сутегі мен оттегінің мөлшері және уақыт пен рН мәндері арасындағы байланыс, рН мәні 3-тен 11-ге дейін өзгереді. Бір қызығы, бастапқы нәтижелер рН мәні төмендейтінін көрсетеді, өйткені рН мәні 3-тен 7-ге дейін артады, бұл электролиз процесі бейтарап рН-да баяу болуы мүмкін екенін көрсетеді. Бір таңқаларлығы, нәтижелер сутектілік пен сутектің рН-да едәуір артты, себебі судың үлгілерінің алқаптың сутегі мен оттегінің шығарылуына ықпал ететіндігін көрсетті.

1.2 PH энергия шығынын үнемдеу

Электролиттің рН жүйесі жүйенің энергия шығынына әсер етеді. РН рН электролиттің өткізгіштігіне әсер етеді, бұл өз кезегінде электролиз процесінің тиімділігіне әсер етеді. Әдетте, PEM electalyzers үшін рН диапазоны 7-ден 9-ға дейін. РН жоғарырақ, рН-ны неғұрлым жоғары болса, электролиздің тиімділігін арттырады, бұл электролиз процесінің тиімділігін арттырады. Алайда, егер рН тым жоғары болса, электролизердегі мембрана зақымдалуы мүмкін, нәтижесінде өнімділік пен энергия шығыны жоғарылайды. Екінші жағынан, рН тым төмен болса, электролиттің өткізгіштігі төмендеуі мүмкін, нәтижесінде энергияның тиімділігі мен энергия тұтынуының жоғарылауы себеп болуы мүмкін. Сонымен қатар, рН тым төмен рН мембрананың құрғатуына әкелуі мүмкін, бұл өнімділікті төмендетіп, энергия шығынын арттыруы мүмкін. PEM Electrolyzer-дің энергия шығыны төмен рН мәндерінде жоғарылайды. 8-дің рН-да, энергияны тұтыну ең төменгі, ең төменгі, 45 кВт / м3 сағ / м3. РН мәні жоғарылаған немесе азайған сайын, энергияны тұтыну көбейе бастайды.

2. Жалпы еріген қатты заттардың (TDD) газ өндіру және энергия шығынына әсері

2.1. Газ өндірісіне ПТ-тың әсері

Үш түрлі TDS концентрациясын бағалағанда, 300 PPM төмен концентрация, 600 бет / мин - орташа концентрация, және 900 бет / мин - бұл жоғары концентрация. Нәтижелер басқа зерттеулерге сәйкес келеді. Нәтижелер көрсеткендей, TDS шоғырлануы жоғарылаған сайын, сутегі мен оттегінің өндірісі ұлғаяды, бұл сутегі қалыптасуының катализаторы болуы мүмкін. Судан судың өндірісі жоғары TDS деңгейінде көбірек қолайлы, ал өндіріс төмен концентрациямен шектелген, ал өндіріс төмен концентрациямен шектелген, ал өндіріс all TDS деңгейлерінде сутектің шығарылуы мүмкін екенін көрсетеді:

2.2 ТЖ-нің энергия шығынына әсері

Жалпы еріген қатты заттар (TDS) протонмен биржалық мембрананың (пем) электролизерлерінің энергия шығынына айтарлықтай әсер етеді. ПТС суда еріген барлық бейорганикалық және органикалық заттардың шоғырлануына жатады. Бұл заттар электролизерде қолданылатын суда болған кезде, олар электролизердің өнімділігі мен тиімділігіне әсер етеді. Судағы ПТ судың өткізгіштігін арттырады, бұл электролизге қажет электролиттік кернеудің жоғарылауына әкеледі. Ұяшық кернеуінің ұлғаюы электролизердің энергия тұтынуының өсуіне әкеледі. Сонымен қатар, TDS электродтар мен мембраналарды масштабтауға әкелуі мүмкін, бұл электролизердің тиімділігін азайтады және энергия шығынын одан әрі арттырады. ПТ-ның энергия шығынын азайту үшін PEM electrolyzer-де пайдаланылатын судың жоғары тазалығы мен төмен концентрациясы бар екендігін қамтамасыз ету қажет. Кері осмос және реионизация сияқты суды тазарту технологияларын ПТ-ны судан шығару үшін пайдалануға болады, осылайша PEM электролизерлерінің тиімділігін арттырады және олардың энергия шығынын азайтады.

3. Газ өндірісі бойынша өткізгіштіктің әсері

PEM электролизерлерінің энергия тұтынуына әсер ететін тағы бір негізгі фактор - өткізгіштік. Анод үшін қажет артық тамақты азайту Энергияның жоғарылауы энергияға деген сұранысты азайта алады, ол жоғары өткізгіштік құндылықтардың жоғарылауы электролит ерітіндісіндегі ион концентрациясын да білдіреді. Алайда, жоғары өткізгіштік сонымен қатар мембрананың нашарлау мүмкіндігін арттырады және сорғыға қажетті энергияны арттырады. Сутегі өндірісі көбінесе өткізгіштікке байланысты, ал бірнеше зерттеулер көрсеткендей, бірнеше зерттеулер өткізгіштікті арттыру үшін әртүрлі шешімдерді қолдана отырып, әр түрлі өткізгіштіктерге қол жеткізуге, сол арқылы сутегі өндірісін ұлғайтуға болатындығын көрсетті.

4. Су су сапаларының PEM электролизерінің энергия тұтынуына әсері

Теңіз сулары, ұңғымалық су және иондалған су - бұл протонмен алмасу мембранасының (PEM) электролизерінің энергетикалық талаптарына әсер етуі мүмкін үш түрлі су. Теңіз суында еріген тұздар, минералдар және басқа да ластаушы заттар көп. Бұл ластаушы заттар судың өткізгіштігін арттырғандықтан, электролизердің тұрақтылығы артады. Қарсылықты жеңу үшін көп энергия қажет болғандықтан, электролиз процесі баяулайды. Қажетті токпен қамтамасыз ету үшін, ол энергияны пайдаланудың жалпы өсуіне әкеледі. Жақсы су әдетте теңіз суына қарағанда еріген тұздар мен ластаушы заттардан әлдеқайда төмен. Электролизге кедергі келтіруі мүмкін минералдар және басқа заттар әлі де болуы мүмкін. Ұңғымалық судың құрамы қандай да бір дәрежеде энергияны пайдалануға әсер етеді. Жақсы суды емдеуге қажетті энергия, әдетте, теңіз суын немесе иондалған суды емдеуге қажет энергиядан аз. Иондалған су - бұл минералды иондары иондары иондары бар су - бұл дезионизация процесі арқылы шығарылған. Оны иондалған су және тазартылған су деп те атайды. Неонизацияланған су теңіз суларына қарағанда әлдеқайда төмен өткізгіштікке ие. Сондықтан оның электролиз кезінде төмен төзімділігі бар және сол ток өндіру үшін аз энергия қажет. PEM электролиздеріндегі иондалған суды пайдалану энергия тиімділігін арттыра алады. Иондалған судың нашарлығы нашар, ол энергияны үнемдеуге көмектеседі, бірақ оның электролизерде электрохимиялық реакциялар үшін қажет иондар жоқ. Судың сапасына қойылатын талаптар PEM electrolyzer жүйесінің нақты дизайны мен жұмысына байланысты мұқият қаралуы керек, өйткені бұл иондар электролиз құрамындағы компоненттердің өнімділігі мен өмірін сақтау маңызды.

Қысқасы, PEM су электролизінде біз әдетте электролизерге көбірек көңіл бөліп, BOP маңыздылығын елемейміз. Көптеген адамдар сонымен қатар қопсытқыштың көкірекшесі сілтіліден гөрі қарапайым деп санайды. Шын мәнінде, ПЕМ сілтілік сияқты газ-сұйық бөліну жүйесін қажет етпесе де, таза судың сапасын басқару өте маңызды. Таза судың сапасын басқару тиімді жұмыс істеуді қамтамасыз етіп қана қоймайды, сонымен қатар қызмет ету мерзімін арттыруға көмектеседі.