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无气泡电解制氢电解槽
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2022/8/18 18:31:45 阅读:181次 【字体:
 
无气泡电解制氢电解槽

无气泡的电解,使得水直接转化为大量气体而不在电解液中形成气泡,这样完全避免了电解液中电极周围气泡对效率的影响。


电解槽则是新兴的绿氢工业所需的关键技术,传统的电解水电解水产生的氢气和氧气气泡附着在电极周围,阻止了电极与液体的接触,从而降低了电解效率。
早期的电解槽的两个电极都淹没在电解液中,这样就会在它们周围均会形成气泡。零间隙电解使阳极和阴极的一侧与分离膜接触,气泡只在每个电极另一侧形成从而提高了效率。聚合物电解质膜技术允许阴极一侧在没有电解质的情况下运行提高了效率。Hysata开发了一种毛细管供料电解 (CFE) 技术,该技术提供了无气泡的电解,使得水直接转化为大量气体而不在电解液中形成气泡,这样完全避免了电解液中电极周围气泡对效率的影响。


氢是一种清洁无碳同时应用场景十分丰富的二次能源。
电解槽则是新兴的绿氢工业所需的关键技术,现有的电解水制氢技术主要分为4 种:碱性电解水制氢技术(AEL)、质子交换膜电解水制氢技术(PEM)、固体氧化物电解水制氢技术(SOEC)、阴离子交换膜电解水制氢技术(AEM)。目前已经实现商业化的是碱性电解水制氢和 PEM 电解水制氢。
始创于2021年的澳大利亚卧龙岗大学 (UOW) 衍生公司Hysata,在其开发的基于毛细管供料技术的全新类别电解槽(CFE)实现了95%的系统运行效率(41.5 kWhkg),远高于目前通常为 75%(52.5kWhkg)或更低的氢电解槽效率,从而在性能和成本方面实现了巨大飞跃。
毛细管供料电解槽的原理
Hysata的毛细管供料电解槽由卧龙岗大学ARC电子材料科学卓越中心(ACES)的化学催化和表征专家Gerry Swiegers教授领导团队开发。
传统的电解水制氢常常面临这样的瓶颈:电解水产生的氢气和氧气气泡附着在电极周围,阻止了电极与液体的接触,从而降低了电解效率。早期的电解槽的两个电极都淹没在电解液中,这样就会在它们周围均会形成气泡。在20世纪70年代,零间隙电解使阳极和阴极的一侧与分离膜接触,气泡只在每个电极另一侧形成从而提高了效率。而最近,聚合物电解质膜技术允许阴极一侧在没有电解质的情况下运行,这再次提高了效率。
受电解槽技术历史演变的启发,Hysata开发了一种毛细管供料电解 (CFE) 技术,该技术提供了无气泡的电解,使得水直接转化为大量气体而不在电解液中形成气泡,这样完全避免了电解液中电极周围气泡对效率的影响。
具体电解过程中,电解池底部的储液器使电解液不与电极接触,通过多孔亲水电极间隔膜中的自发毛细作用,储液器中的液体电解质不断地供应给电极,同时多孔亲水隔膜可维持水电解所需的流速。电极从隔膜横向吸入液体,并覆盖有一层薄薄的电解质。在电极之间施加足够的电压导致水的电解,水不断地通过自发毛细作用从储液器向上移动到隔膜来进行补充。由于产生的氢气和氧气很容易通过覆盖在各自电极上的液体电解质薄层迁移,因此提供了无气泡的电解。
毛细管供料电解槽的特点及挑战
毛细管供料电解 (CFE) 技术避免了气泡掩盖电极,它还确保了流向电极的水不会与离开电极的气流相抵消,从而避免了传统水电解槽中固有的多相流动及其相关的质量传输限制。由于减少了克服这种低效率所需的能量,毛细管供料实现了能源效率的显著提高。
除了超高效率的电解,毛细管供料电解槽还提供了基于地球丰富材料的低成本设计,相较于依赖于贵金属的PEM,此技术大大降低了成本。
此外,毛细管供料电解槽提供了“对现有设计的逐步改进”,不仅在电解槽堆栈方面,而且在工厂和易于自动化和扩展的模块化制造方面实现了简化平衡,从而提供了对电网友好的设备,并能提供优化的交钥匙系统,从而实现了以最低的平准化成本提供高纯度绿色氢气。同时,Hysata毛细管供料电解槽以简单的单元操作为基础,易于自动化和扩展,并能基于模块化技术快速完成规模的扩展。
虽然,Hysata的毛细管供料电解 (CFE) 技术在实验室中极大地提高了电解制氢的效率,但是其从实验室走向商业化仍然面临着一些挑战。相关专业人士认为,如何在大面积内用毛细管均匀分配电解液, 并能确保带出热量,尤其要防止在大电流密度下生成局部过热点仍存在诸多挑战。此外,在实验室直径18cm的电解槽上, 采用一系列措施做到95%的超高效率电解是存在可能的,但在大规模生产中达到这一效率将会非常有挑战。
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