Vijf methoden om de kosten te verlagen en de efficiëntie van PEM -elektrolyzers te verhogen

I. Huidige status van PEM -elektrolyzer

PEM waterstofproductiesysteem is gecentreerd opPEM -elektrolyzer, uitgerust met gas-vloeistofscheidingsapparaat, kuip, gasmonitor, koelwatereenheid, zuiveringssysteem en voeding en elektronisch besturingssysteem, dat samen een compleet PEM-waterstofproductiesysteem vormen.

In de kostenstructuur van het PEM -waterstofproductiesysteem is 60% van de kosten geconcentreerd opPEM -elektrolyzer, en de resterende hulpapparatuur inclusief voeding, gelijkrichter en elektronische controle- en zuiveringsapparatuur goed voor 40% van de kosten. En 50% van de 60%PEM -elektrolyzerKosten zijn membraanelektrode. De membraanelektrode omvat ook kerntechnologieën zoals edelmetaalkatalysatoren enprotonuitwisseling membranen.

Daarom hangt de kostenreductie en efficiëntieverbetering van het PEM -waterstofproductiesysteem voornamelijk af van de membraanelektrode, die goed is voor 50% van de totale kosten. Dit is de belangrijkste factor in de vraag of de productietechnologie van PEM-waterstofproductie grootschalige markttoepassing kan bereiken. Door de analyse van PEM Megawatt-niveau elektrolyzers kan worden gevonden dat de huidige uitdagingen waarmee PEM-systeem wordt geconfronteerd, hoge prestaties en hoge kosten, hoge elektrische dichtheid en levensduur, hoge druk en applicatiescenario's omvatten.

De hoge prestaties vanPEM -elektrolyzerwordt weerspiegeld in windoploskoppeling, snelle start-stop en hoge zuiverheid en hoge vermogen van waterstofproductie, maar dit gaat ook gepaard met het probleem van hoge kosten. Omdat de edelmetaalcomponenten in het systeem niet effectief zijn vervangen, zijn de kosten van PEM -elektrolyzer 4 tot 5 keer die van de traditionele productie van alkalische vloeibare waterstofproductie.

De tweede is de relatie tussen de huidige dichtheid en levensduur. Op dit moment verhogen de productieapparatuur van PEM en alkalische waterstof op de markt de huidige dichtheid. Op basis van dezelfde apparatuurkosten kan het verhogen van de huidige dichtheid van 1A tot 2A de kosten rechtstreeks met 30% tot 40% verlagen. Het vergroten van de huidige dichtheid kan snel de kostendruk verlagen, maar het kan ook de levensduur van de apparatuur verkorten.

Dit toont aan dat het in het proces van industriële werking of projectoperatie noodzakelijk is om een ​​redelijke kosteneffectiviteit of geschikt bereik te vinden tussen de huidige dichtheid en de levensduur van het services om een ​​evenwicht te bereiken tussen kosten en voordeel.

De uitgangsdruk van het PEM-systeem heeft bepaalde voordelen ten opzichte van alkalische waterstofproductieapparatuur, die 3-3,8 MPa kan bereiken, wat met name geschikt is voor de productie van waterstof van aardgas en transport van waterstofpijpleiding. Dit drukniveau komt ook overeen met de gemeenschappelijke druk van stedelijke gaspijpleidingen (ongeveer 4 MPa).

Hoewel de vraag naar hoge druk niet hoog is in de halfgeleider, is kunstmatige diamant en sommige farmaceutische tussenliggende industrieën, de hoge druktoepassing van PEM -elektrolyzers in het energieveld, zoals secundaire zuivering en drukverhoging, met name noodzakelijk.

II. Kostenreductie en optimalisatie van PEM -elektrolyzers

Volgens de huidige status vanPEM -elektrolyzers, de sleutel tot hun grootschalige toepassing ligt in het verlagen van de kosten en het optimaliseren van de prestaties. Momenteel ligt de kostenreductie in het optimaliseren van het katalysatorsysteem om de kosten te verlagen, met behulp van zeer geleidende ondersteuningsmaterialen en het vervangen door krachtige prestatiesprotonuitwisseling membranen.

1. Ontwikkeling en toepassing van laagkleurige metaalelektrokatalysatoren

▪ De productiekosten verlagen

Door de inhoud van edele metalen (platina, iridium en ruthenium) te verminderen en de efficiëntie van het bereidingsproces te verbeteren, kunnen de productiekosten van PEM -elektrolyzer -elektrokatalysatoren worden verminderd en kan het concurrentievermogen van de markt worden verbeterd.

▪ Verbetering van de stabiliteit

Door de doping van niet-metalen elementen te vergroten en de kristalstructuur te verbeteren, kan de stabiliteit van PEM-elektrolyzer-elektrokatalysatoren worden verbeterd, waardoor ze stabieler en betrouwbaarder zijn.

▪ De prestaties verbeteren

Door de elektrokatalytische activiteit van niet-precious metalen aan te passen en het specifieke oppervlak te vergroten, kunnen de prestaties van PEM-elektrolyzer-elektrokatalysatoren worden verbeterd, kan de activeringsenergiebarrière van de reactie worden verminderd en kan de reactiesnelheid worden verhoogd.

2. Ontwerp en voorbereiding van ondersteuningsmaterialen met een hoog conductiviteit

▪ Geleidbaarheid verbeteren

Door geschikte ondersteuningsmaterialen te selecteren en het contactgebied tussen de katalysator en het ondersteuningsmateriaal te vergroten, kan de geleidbaarheid van PEM -elektrolyzer -elektrokatalysatoren worden verbeterd en kan het weerstandsverlies tijdens de reactie worden verminderd.

▪ Verhoog de ondersteuningssterkte

Door de sterkte en taaiheid van het ondersteuningsmateriaal te vergroten en het bereidingsproces te verbeteren, kan de ondersteuningssterkte van de PEM -elektrolyzer -elektrokatalysator worden verbeterd om te voorkomen dat de katalysator tijdens de reactie breken of valt.

▪ Microstructuur aanpassen

Door de microstructuur van het ondersteuningsmateriaal aan te passen en het transportpad van de reactanten te wijzigen, kan de microstructuur van de PEM -elektrolyzer -elektrokatalysator worden aangepast om het transport van de reactanten en het reactieproces verder te optimaliseren.

3. Optimalisatie en verbetering van de protonuitwisselingsmembraanstructuur

▪ Selectief permeabel membraan

Gaspermeatie kan worden verminderd door een selectief permeabel membraan te introduceren. Dit membraan laat het reactiegas alleen maar door, terwijl het permeatie van andere gassen wordt voorkomen.

▪ Sandwichstructuur

Gaspermeatie kan worden verminderd door de sandwichstructuur te wijzigen. Een poreuze kussenlaag kan bijvoorbeeld worden geïntroduceerd om de PEM in meerdere kleine gebieden te verdelen om de crossover van gasproducten te verminderen.

▪ Gasdiffusiecoëfficiënt

Gaspermeatie kan worden verminderd door de gasdiffusiecoëfficiënt te verminderen. Dit kan worden bereikt door de stijfheid van de polymeerketen te vergroten, versterkingsmaterialen te introduceren, de verwerkingsomstandigheden te verbeteren, enz.

4. Optimalisatie van slurrysamenstelling en verbetering van fysische eigenschappen

▪ Optimalisatie van de samenstelling van de slurry

Volgens de behoeften pas de katalysator, dragercomponenten, ionomeren en andere extra materialen in de slurry aan om de prestaties te optimaliseren.

▪ Verbetering van fysieke eigenschappen

De kwaliteit van MEA kan worden verbeterd door de fysische eigenschappen te verbeteren, zoals deeltjesdiameter, reologie en zeta -potentieel in de slurry.

▪ Inleiding van extra functies

Het leven en de betrouwbaarheid van MEA kunnen worden verbeterd door aanvullende functies te introduceren, zoals antioxidanten en reducerende middelen.

5. Verbetering en optimalisatie van MEA -verwerkingsmaatregelen

▪ Selectie van coatiemethoden

Selecteer volgens de behoeften geschikte coatiemethoden zoals elektrochemische depositie, ultrasoon spuiten, overdrachtsafdrukken, enz. Om de katalytische prestaties van MEA te optimaliseren.

▪ Renovatie van coatingapparatuur

Volgens de behoeften wordt de bestaande coatingapparatuur gerenoveerd om roll-to-roll coating te bereiken, enz. Om aan de industriële behoeften te voldoen.

▪ Monitoring van de coatiekwaliteit

Stel een detectiesysteem van de coatingkwaliteit op om de kwaliteit van de coating in realtime te controleren en feedback te beheersen om de kwaliteit van MEA te waarborgen.