Analyse van katalysator voor PEM -elektrolyzer

1. Inleiding tot PEM -waterelektrolyse voor waterstofproductie

PEM -elektrolyzervoor waterstofproductie, ook bekend alsprotonuitwisselingsmembraanWaterelektrolyse voor waterstofproductie verwijst naar een waterstofproductieproces dat een protonuitwisselingsmembraan als vaste elektrolyt gebruikt en zuiver water gebruikt als grondstof voor elektrolyse van water om waterstof te produceren.

Vergeleken met alkalische waterelektrolyse waterstofproductietechnologie, heeft PEM -waterelektrolyse waterstofproductietechnologie de voordelen van grote stroomdichtheid, hoge waterstofzuiverheid en snelle responssnelheid. PEM -waterelektrolyse Waterstofproductietechnologie heeft een hogere werkefficiëntie.

SindsPEM -elektrolyzersDe apparatuur moet in een zeer zure en zeer oxiderende werkomgeving werken, de apparatuur is meer afhankelijk van dure metaalmaterialen zoals iridium, platina, titanium, enz., Wat resulteert in hoge kosten.

PEM -elektrolyzer

2.pem waterelektrolyse waterstofproductieprincipe

PEM -waterstofproductie is voornamelijk verdeeld in de volgende vier stappen.

1. Waterelektrolyse en zuurstofevolutie

Water (2H2O) ondergaat een hydrolysereactie op de positieve elektrode en splitst zich in protonen (4H+), elektronen (4E-) en gasvormige zuurstof (O2) onder de werking van het elektrische veld en katalysator, zoals getoond in vergelijking (1).

2H2O = 4H ++ 4E-+O2 (1)

2. Protonuitwisseling

4H+ gaat door de vaste PEM die sulfonzuurfunctionele groepen bevat en bereikt de negatieve elektrode onder de werking van het elektrische veld.

3. Elektronische geleiding

4E-elektronen passeren van de positieve elektrode naar de negatieve elektrode door het externe circuit.

4. evolutie van waterstofgas

De 4H+ die de negatieve elektrode bereikt, krijgt 4E- om 2H2 te genereren, zoals weergegeven in vergelijking (2).

4H ++ 4E- = 2H2 (2)

3. PEM Water Elektrolyse Waterstofproductiekatalysator

Het gemeenschappelijke commerciële product van protonuitwisselingsmembraan is perfluorosulfonzuur polymeermembranen. Daarom is de werkomgeving van PEM -waterstofproductiemembraanelektrode zeer zuur. De materialen van elke component moeten rekening houden met corrosieweerstand en de katalysator is geen uitzondering. Over het algemeen, edelmetalen zoals platina, iridium, ruthenium, etc.

De katalysatoren van de kathode en de anode van PEM -elektrolyzer voor waterstofproductie zijn verschillend. De kathode is eenPlatinum koolstofkatalysator, en de anode is over het algemeen een op Iridium gebaseerde katalysator zoals iridiumdioxide en Iridium Black. Lage laadcapaciteit is een van de toekomstige aanwijzingen voor technologische ontwikkeling. Bovendien zijn katalytische structuuroptimalisatie en afval edelmetaalrecycling ook hot onderwerpen in de industrie.

1. Kathode waterstofevolutie: platina koolstofkatalysator

Als een goede katalysator kan PT waterstofmoleculen adsorberen en dissociatie bevorderen, en is momenteel de eerste keuze voor commercieel gebruik. Platinum-on-koolstof katalysator, aangeduid alsPT/C, ook bekend als platina-op-koolstofkatalysator, verwijst naar een drageratalysator die platina op actieve kool laadt en een van de subcategorieën van edelmetaalkatalysatoren is. PT-lading is over het algemeen 0,4-0,6 mg/cm2.

De chemische reductiemethode is momenteel de meest gebruikte productiemethode voor platina koolstof katalysator. Het verwijst naar een methode die geactiveerd koolstof, gedestilleerd water, hexachloroplatinezuuroplossing, enz. Gebruikt, enz. Als grondstoffen, en produceert een platina -koolstofkatalysator door mengen en oplossen, ultrasone trillingen, behandeling met chemische reductie en andere stappen.

2. Anode-zuurstofevolutie: op Iridium gebaseerde katalysator

Omdat de anode-zijde een hoge zuurstofomgeving is, kan de anode-elektrochemische katalysator slechts enkele edelmetaalelementen kiezen en hun oxiden zoals IR, RU, die zeer resistent zijn tegen oxidatie en corrosie.

RUO2 en IRO2 hebben de beste katalytische activiteit voor zuurstofevolutie -elektrochemische reacties, en IRO2 heeft een betere stabiliteit, dus IRO2 is het belangrijkste materiaal van de zuurstofevolutiekatalysator.

De voorbereidingsmethoden van iridiumoxide omvatten voornamelijk thermische oxidatiemethode, chemische neerslagmethode, ADAMS (ADMAS) smeltmethode, SOL-gelmethode, enz. Bijvoorbeeld, de chemische neerslagmethode voegt meestal een alkali toe (zoals natriumhydroxide) aan een iridium waterige oplossing, een hydroxide, een hydroxide (IR (OH) 3 of IROX. verkregen en vervolgens wordt calcinatie uitgevoerd om iridiumoxide te verkrijgen.