Fremgang innen hydrogenproduksjonsteknologi og økonomisk analyse – Hydrogenproduksjon i alkalisk elektrolysecelle

Hydrogenproduksjon i alkaliske celler er en relativt moden teknologi for elektrolytisk hydrogenproduksjon. Alkaliske celler er trygge og pålitelige, med en levetid på 15 år, og har blitt mye brukt kommersielt. Arbeidseffektiviteten til alkaliske celler er generelt 42 % ~ 78 %. I løpet av de siste årene har alkaliske elektrolyseceller gjort fremskritt på to hovedaspekter. På den ene siden har den forbedrede celleeffektiviteten blitt forbedret, og driftskostnadene knyttet til strømforbruket er redusert. På den annen side øker driftsstrømtettheten, og investeringskostnadene synker.

Virkemåten til en alkalisk elektrolysør er vist i figuren. Batteriet består av to elektroder atskilt av en lufttett membran. Batterienheten er nedsenket i en høy konsentrasjon av alkalisk flytende elektrolytt KOH (20 % til 30 %) for å maksimere ioneledningsevnen. NaOH- og NaCl-løsninger kan også brukes som elektrolytter, men de er ikke ofte brukt. Den største ulempen med elektrolytter er at de er etsende. Cellen opererer ved en temperatur på 65 °C til 100 °C. Katoden i cellen produserer hydrogen, og den resulterende OH⁻ strømmer gjennom membranen til anoden, hvor den rekombineres for å produsere oksygen.

Avanserte alkaliske elektrolyseceller er egnet for storskala hydrogenproduksjon. Alkaliske elektrolyseceller produsert av noen produsenter har svært høy hydrogenproduksjonskapasitet på (500 ~ 760 Nm3/t), med tilsvarende strømforbruk på 2150 ~ 3534 kW. I praksis, for å forhindre dannelse av brennbare gassblandinger, er hydrogenutbyttet begrenset til 25 % til 100 % av det nominelle området, den maksimalt tillatte strømtettheten er omtrent 0,4 A/cm2, driftstemperaturen er 5 til 100 °C, og det maksimale elektrolysetrykket er nær 2,5 til 3,0 MPa. Når det elektrolysetrykket er for høyt, øker investeringskostnadene og risikoen for dannelse av skadelige gassblandinger øker betydelig. Uten noen ekstra renseanordning kan renheten til hydrogen produsert ved alkalisk celleelektrolyse nå 99 %. Elektrolysevann fra alkaliske elektrolyseceller må være rent. For å beskytte elektroden og for sikker drift er vannledningsevnen mindre enn 5 S/cm.