Πρόοδος τεχνολογίας παραγωγής υδρογόνου και οικονομική ανάλυση – Παραγωγή υδρογόνου σε αλκαλικό ηλεκτρολυτικό στοιχείο

Η παραγωγή υδρογόνου με αλκαλικές κυψέλες είναι μια σχετικά ώριμη τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρολυτικού υδρογόνου. Το αλκαλικό στοιχείο είναι ασφαλές και αξιόπιστο, με διάρκεια ζωής 15 χρόνια, και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στο εμπόριο. Η απόδοση λειτουργίας των αλκαλικών κυψελών είναι γενικά 42% ~ 78%. Τα τελευταία χρόνια, τα αλκαλικά ηλεκτρολυτικά στοιχεία έχουν σημειώσει πρόοδο σε δύο βασικές πτυχές. Από τη μία πλευρά, η βελτιωμένη απόδοση των κυψελών έχει βελτιωθεί και το λειτουργικό κόστος που σχετίζεται με την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας έχει μειωθεί. Από την άλλη πλευρά, η πυκνότητα ρεύματος λειτουργίας αυξάνεται και το κόστος επένδυσης μειώνεται.

Η αρχή λειτουργίας του αλκαλικού ηλεκτρολύτη φαίνεται στο σχήμα. Η μπαταρία αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια που χωρίζονται από ένα αεροστεγές διάφραγμα. Το συγκρότημα της μπαταρίας βυθίζεται σε υψηλή συγκέντρωση αλκαλικού υγρού ηλεκτρολύτη ΚΟΗ (20% έως 30%) για μεγιστοποίηση της ιοντικής αγωγιμότητας. Τα διαλύματα NaOH και NaCl μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως ηλεκτρολύτες, αλλά δεν χρησιμοποιούνται συνήθως. Το κύριο μειονέκτημα των ηλεκτρολυτών είναι ότι είναι διαβρωτικοί. Η κυψέλη λειτουργεί σε θερμοκρασία 65 °C έως 100 °C. Η κάθοδος του κυττάρου παράγει υδρογόνο και το ΟΗ που προκύπτει ρέει μέσω του διαφράγματος στην άνοδο, όπου ανασυνδυάζεται για να παράγει οξυγόνο.

Τα προηγμένα αλκαλικά ηλεκτρολυτικά στοιχεία είναι κατάλληλα για παραγωγή υδρογόνου μεγάλης κλίμακας. Τα αλκαλικά ηλεκτρολυτικά στοιχεία που κατασκευάζονται από ορισμένους κατασκευαστές έχουν πολύ υψηλή ικανότητα παραγωγής υδρογόνου στα (500 ~ 760 Nm3/h), με αντίστοιχη κατανάλωση ισχύος 2150 ~ 3534 kW. Στην πράξη, για να αποφευχθεί η δημιουργία μιγμάτων εύφλεκτων αερίων, η απόδοση υδρογόνου περιορίζεται στο 25% έως 100% της ονομαστικής περιοχής, η μέγιστη επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος είναι περίπου 0,4A/cm2, η θερμοκρασία λειτουργίας είναι 5 έως 100°C, και η μέγιστη ηλεκτρολυτική πίεση είναι κοντά στα 2,5 με 3,0 MPa. Όταν η ηλεκτρολυτική πίεση είναι πολύ υψηλή, το κόστος επένδυσης αυξάνεται και ο κίνδυνος σχηματισμού επιβλαβούς μείγματος αερίων αυξάνεται σημαντικά. Χωρίς καμία βοηθητική συσκευή καθαρισμού, η καθαρότητα του υδρογόνου που παράγεται από την ηλεκτρόλυση αλκαλικών κυττάρων μπορεί να φτάσει το 99%. Το ηλεκτρολυτικό νερό αλκαλικών ηλεκτρολυτικών στοιχείων πρέπει να είναι καθαρό, για την προστασία του ηλεκτροδίου και την ασφαλή λειτουργία, η αγωγιμότητα του νερού είναι μικρότερη από 5S/cm.