Fem metoder for å redusere kostnadene og øke effektiviteten til PEM -elektrolysere

I. Gjeldende status for PEM Electrolyzer

PEM hydrogenproduksjonssystem er sentrert påPEM Electrolyzer, utstyrt med gass-væske-separasjonsenhet, fairing, gassmonitor, kjølevannsenhet, rensingssystem og strømforsyning og elektronisk kontrollsystem, som til sammen utgjør et komplett PEM-hydrogenproduksjonssystem.

I kostnadsstrukturen til PEM -hydrogenproduksjonssystemet er 60% av kostnadene konsentrert påPEM Electrolyzer, og det gjenværende hjelpeutstyret inkludert strømforsyning, likeretter og elektronisk kontroll og rensingsutstyr utgjør 40% av kostnadene. Og 50% av 60%PEM ElectrolyzerKostnad er membranelektrode. Membranelektroden inkluderer også kjerneteknologier som edle metallkatalysatorer ogProton utvekslingsmembraner.

Derfor er kostnadsreduksjon og effektivitetsforbedring av PEM -hydrogenproduksjonssystem hovedsakelig avhengig av membranelektrode, som utgjør 50% av den totale kostnaden. Dette er nøkkelfaktoren for om PEM-hydrogenproduksjonsteknologi kan oppnå storskala markedsapplikasjon. Gjennom analysen av PEM-megawattnivå elektrolysere, kan det bli funnet at de nåværende utfordringene PEM-systemet står overfor høye ytelser og høye kostnader, høy elektrisk tetthet og levetid, høyt trykk og applikasjonsscenarier.

Den høye ytelsen tilPEM Electrolyzergjenspeiles i vindsol-kobling, rask start-stop og høy renhet og høy kraft av hydrogenproduksjon, men dette er også ledsaget av problemet med høye kostnader. Siden de edle metallkomponentene i systemet ikke har blitt erstattet effektivt, er kostnadene for PEM -elektrolyzer 4 til 5 ganger den for tradisjonell alkalisk flytende hydrogenproduksjon.

Det andre er forholdet mellom dagens tetthet og levetid. For tiden øker PEM og alkalisk hydrogenproduksjonsutstyr på markedet dagens tetthet. På grunnlag av samme utstyrskostnad kan du øke den nåværende tettheten fra 1A til 2A direkte redusere kostnadene med 30% til 40%. Å øke dagens tetthet kan raskt redusere kostnadstrykket, men det kan også forkorte utstyrets levetid.

Dette viser at det i prosessen med industriell drift eller prosjektdrift er nødvendig å finne en rimelig kostnadseffektivitet eller passende område mellom nåværende tetthet og levetid for å oppnå en balanse mellom kostnad og fordel.

Utgangstrykket til PEM-systemet har visse fordeler i forhold til alkalisk hydrogenproduksjonsutstyr, som kan nå 3-3,8 MPa, som er spesielt egnet for naturgasshydrogenproduksjon og transport av hydrogenrørledning. Dette trykknivået samsvarer også med det vanlige trykket fra urbane gassrørledninger (ca. 4 MPa).

Selv om etterspørselen etter høyt trykk ikke er høyt i halvleder, er kunstig diamant og noen farmasøytiske mellomindustrier, høytrykksanvendelsen av PEM -elektrolyzere i energifeltet, for eksempel sekundær rensing og trykkøkning, spesielt nødvendig.

Ii. Kostnadsreduksjon og optimalisering av PEM -elektrolysere

I henhold til gjeldende status forPEM Electrolyzers, Nøkkelen til deres store applikasjon ligger i å redusere kostnader og optimalisere ytelsen. For tiden ligger kostnadsreduksjon i å optimalisere katalysatorsystemet for å redusere kostnadene, ved å bruke svært ledende støttematerialer og erstatte dem med høy ytelseProton utvekslingsmembraner.

1. Utvikling og anvendelse av elektrokatalysatorer med lavt utførelse av metall

▪ Reduser produksjonskostnadene

Ved å redusere innholdet av edle metaller (platina, iridium og ruthenium) og forbedre effektiviteten av preparatprosessen, kan produksjonskostnadene for PEM elektrolyzer elektrokatalysatorer reduseres og markedskonkurransen til produkter kan forbedres.

▪ Forbedre stabiliteten

Ved å øke dopingen av ikke-metalliske elementer og forbedre krystallstrukturen, kan stabiliteten til PEM-elektrolyzerelektrokatalysatorer forbedres, noe som gjør dem mer stabile og pålitelige i faktisk bruk.

▪ Forbedre ytelsen

Ved å justere den elektrokatalytiske aktiviteten til ikke-bedragende metaller og øke det spesifikke overflatearealet, kan ytelsen til PEM-elektrolyzerelektrokatalysatorer forbedres, aktiveringsenergibarrieren til reaksjonen kan reduseres, og reaksjonshastigheten kan økes.

2. Design og utarbeidelse av støttematerialer med høy ledelse

▪ Forbedre konduktiviteten

Ved å velge passende støttematerialer og øke kontaktområdet mellom katalysatoren og støttematerialet, kan konduktiviteten til PEM -elektrolyzerelektrokatalysatorer forbedres og motstandstapet under reaksjonen kan reduseres.

▪ Øk støtten

Ved å øke styrken og seigheten til støttematerialet og forbedre preparatprosessen, kan støttestyrken til PEM -elektrolyzerelektrokatalysatoren forbedres for å forhindre at katalysatoren går i stykker eller faller av under reaksjonen.

▪ Juster mikrostruktur

Ved å justere mikrostrukturen til støttematerialet og endre transportbanen til reaktantene, kan mikrostrukturen til PEM -elektrolyzerelektrokatalysatoren justeres for å optimalisere transporten av reaktantene og reaksjonsprosessen ytterligere.

3. Optimalisering og forbedring av protonutvekslingsmembranstrukturen

▪ Selektiv permeabel membran

Gassgjennomtrengning kan reduseres ved å innføre en selektiv permeabel membran. Denne membranen lar bare reaksjonsgassen passere, samtidig som den forhindrer gjennomsyring av andre gasser.

▪ Sandwichstruktur

Gassgjennomtrengning kan reduseres ved å endre sandwichstrukturen. For eksempel kan et porøst putelag introduseres for å dele PEM i flere små områder for å redusere overgangen av gassprodukter.

▪ Gassdiffusjonskoeffisient

Gassgjennomtrengning kan reduseres ved å redusere gassdiffusjonskoeffisienten. Dette kan oppnås ved å øke stivheten til polymerkjeden, introdusere forsterkende materialer, forbedre behandlingsforholdene osv.

4. Optimalisering av oppslemmingssammensetning og forbedring av fysiske egenskaper

▪ Optimalisering av oppslemmingssammensetning

I henhold til behov, juster katalysatoren, bærerkomponentene, ionomerer og andre tilleggsmaterialer i oppslemmingen for å optimalisere ytelsen.

▪ Forbedring av fysiske egenskaper

Kvaliteten på MEA kan forbedres ved å forbedre de fysiske egenskapene som partikkeldiameter, reologi og zeta -potensial i oppslemmingen.

▪ Innføring av tilleggsfunksjoner

Livet og påliteligheten til MEA kan forbedres ved å innføre flere funksjoner som antioksidanter og reduksjonsmidler.

5. Forbedring og optimalisering av MEA -prosesseringstiltak

▪ Valg av beleggmetoder

I henhold til behov, velg passende belegningsmetoder som elektrokjemisk avsetning, ultralydsprøyting, overføringsutskrift osv. For å optimalisere den katalytiske ytelsen til MEA.

▪ Renovering av beleggutstyr

I henhold til behov blir det eksisterende beleggutstyret renovert for å oppnå rulle-til-rullbelegg, etc. for å imøtekomme industrielle behov.

▪ Overvåking av beleggskvalitet

Etablere et belegg kvalitetsdeteksjonssystem for å overvåke og tilbakemelding kontrollere kvaliteten på belegget i sanntid for å sikre kvaliteten på MEA.