Μέσω συνεχούς ρεύματος, τα μόρια του νερού χωρίζονται για να παραχθεί οξυγόνο και υδρογόνο, τα οποία στη συνέχεια διαχωρίζονται από την άνοδο και την κάθοδο του ηλεκτρολυτικού στοιχείου, αντίστοιχα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως ηλεκτρόλυση νερού. Η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού συχνά διαχωρίζεται σε ηλεκτρόλυση αλκαλικού νερού (AE), ηλεκτρόλυση νερού με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) και ηλεκτρόλυση νερού με στερεό οξείδιο υψηλής θερμοκρασίας ανάλογα με τα διάφορα υλικά του διαφράγματος του ηλεκτρολύτη (SOEC).
Παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση αλκαλικού νερού
Ο αμίαντος αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του διαφράγματος του ηλεκτρολύτη παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση αλκαλικού νερού, ο οποίος διαχωρίζει τα αέρια. Τα κράματα μετάλλων, όπως το κράμα Ni-Mo κ.λπ., τα οποία διασπούν το νερό για να παράγουν υδρογόνο και οξυγόνο, αποτελούν την πλειοψηφία της καθόδου και της ανόδου. Οι βιομηχανικοί ηλεκτρολύτες αλκαλικού νερού χρησιμοποιούν συνήθως διάλυμα ΚΟΗ ως ηλεκτρολύτη τους. το κλάσμα μάζας τους κυμαίνεται από 20 τοις εκατό έως 30 τοις εκατό ; η θερμοκρασία λειτουργίας τους είναι από 70 βαθμούς έως 80 βαθμούς. Η πυκνότητα του ρεύματος εργασίας τους είναι περίπου 0,25 A/cm2. και η πίεση αερίου τους κυμαίνεται από 0,1 MPa έως 3,0 MPa. Η απόδοση κυμαίνεται από 62 τοις εκατό έως 82 τοις εκατό. Η τεχνολογία για την παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης αλκαλικού νερού είναι καλά ανεπτυγμένη και έχει χαμηλό κόστος εκκίνησης και λειτουργίας, αλλά έχει μειονεκτήματα όπως απώλεια αλισίβας, διάβρωση και υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση αλκαλικού νερού είναι το επίκεντρο τόσο της εγχώριας όσο και της διεθνούς έρευνας για την ανάπτυξη εξοπλισμού ηλεκτρολύτη νερού.
Παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού PEM
Τα κύρια συστατικά του ηλεκτρολύτη νερού PEM είναι η μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων, το καταλυτικό στρώμα καθόδου και ανόδου, το στρώμα διάχυσης αερίου καθόδου και ανόδου, ακραίες πλάκες καθόδου και ανόδου κ.λπ. από μέσα προς τα έξω. Μεταξύ αυτών, το στρώμα διάχυσης, το καταλυτικό στρώμα και η μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων σχηματίζουν το ηλεκτρόδιο μεμβράνης, το οποίο είναι το κύριο μέρος για τη μετάδοση του υλικού και την ηλεκτροχημική αντίδραση ολόκληρου του ηλεκτρολύτη νερού. Η απόδοση και η διάρκεια ζωής του ηλεκτρολύτη νερού PEM επηρεάζονται άμεσα από τις ιδιότητες και τη δομή του ηλεκτροδίου μεμβράνης.
Διαφορές
Σε σύγκριση με την παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση αλκαλικού νερού, η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού PEM έχει υψηλότερη πυκνότητα ρεύματος εργασίας, υψηλότερη συνολική απόδοση και υψηλότερο κλάσμα αερίου υδρογόνου, υψηλότερη πίεση παραγωγής αερίου, ταχύτερη δυναμική ταχύτητα απόκρισης και μπορεί να προσαρμοστεί στις διακυμάνσεις της παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας , θεωρείται μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού. Επί του παρόντος, η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού PEM έχει αποδειχθεί και προωθηθεί σταδιακά σε τομείς όπως η επιτόπια παραγωγή υδρογόνου σε σταθμούς ανεφοδιασμού υδρογόνου, η ηλεκτρόλυση νερού για παραγωγή υδρογόνου από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική ενέργεια και η αποθήκευση ενέργειας.
