Vandenilio elementas yra prietaisas, naudojamas vandeniliui gaminti vandens elektrolizės būdu. Priklausomai nuo elektrolito, elektrolitinės ląstelės gali būti suskirstytos į keletą pagrindinių tipų, įskaitant šarminius elektrolitinius elementus, protonų mainų membranos (PEM) elektrolitinius elementus ir kietojo oksido elektrolitinius elementus (SOEC). Toliau pateikiamas išsamus pagrindinių tipų aprašymas:
1. Šarminis elektrolizatorius
darbo principas
- Elektrolitas:Paprastai kaip elektrolitas naudojamas kalio hidroksido (KOH) arba natrio hidroksido (NaOH) tirpalas.
- Anodo reakcija:Anode vandens molekulės oksiduojamos į deguonį, protonus ir elektronus: 4OH−→2H2O+O2+4e−
- Katodinė reakcija:Prie katodo vandens molekulės reaguoja su elektronais, sudarydamos vandenilio ir hidroksido jonus: 2H2O+2e−→H2+2Oi−
Privalumai
- Subrendusi technologija:Brandžios technologijos, plačiai naudojamos, turi ilgametę pramoninio taikymo patirtį.
- Žema kaina:Įrangos ir priežiūros išlaidos yra palyginti mažos.
2. Protonų mainų membranos (PEM) elektrolizatorius
Darbo principas
- Elektrolitas:Kaip elektrolitą naudokite protonų mainų membraną (pvz., Nafion).
- Anodo reakcija:Anode vandens molekulės oksiduojamos į deguonį, protonus ir elektronus: 2H2O→O2+4H++4e−
- Katodinė reakcija:Prie katodo protonai praeina per membraną ir susijungia su elektronais, sudarydami vandenilio dujas: 4H++4e−→2H2
Privalumai
- Didelis efektyvumas:Didesnis efektyvumas nei šarminis elektrolizatorius.
- Greitas atsakymas:Gali greitai įsijungti ir sustoti, tinka derinti su pertrūkiais atsinaujinančiais energijos šaltiniais.
- Kompaktiškas dizainas:Įrenginys yra kompaktiškesnis mažoms ir paskirstytoms programoms.
Trūkumai
-
Aukšta kaina:Didelė membranų ir katalizatorių (dažniausiai platinos arba iridžio) kaina.
-
Aukšti vandens kokybės reikalavimai:reikalingas didelio grynumo vanduo, kad būtų išvengta membranos taršos.
3. Kietojo oksido elektrolizatorius (SOEC)
Darbo principas
- Elektrolitas:Kaip elektrolitus naudokite kietuosius oksidus (pvz., itrio oksidu stabilizuotą cirkonį, YSZ).
- Anodo reakcija:Anode deguonies jonai oksiduojami, kad susidarytų deguonis ir elektronai: O2−→O2+4e−
- Katodinė reakcija:Prie katodo vandens molekulės reaguoja su elektronais, sudarydamos vandenilio ir deguonies jonus: 2H2O+4e−→2H2+2O2−
Privalumai
- Didelis efektyvumas:Maksimalus teorinis efektyvumas, ypač esant aukštai temperatūrai (dažniausiai 700-1000 laipsnis).
- Grįžtamumas:Gali perjungti elektrolizės ir kuro elementų režimus energijos kaupimui.
Trūkumai
- Veikimas aukštoje temperatūroje:Reikalingas darbas aukštoje temperatūroje, keliami aukšti reikalavimai medžiagų ir sistemos projektavimui.
- Technologijos nėra subrendusios:Jis vis dar yra tyrimų, plėtros ir demonstravimo stadijoje ir dar nebuvo plačiai komercializuotas.
Taikymo laukas
1.Pramoninė vandenilio gamyba: jis plačiai naudojamas vandenilio poreikiui chemijos, naftos perdirbimo, trąšų ir kitose pramonės šakose.
2. Energijos saugojimas: atsinaujinančių energijos šaltinių (pvz., saulės ir vėjo) pavertimas vandenilio saugykla, siekiant subalansuoti tinklo apkrovas.
3.Transportas: vandenilio tiekimo infrastruktūra vandenilinėms kuro elementų transporto priemonėms (FCEV).
2. Energijos saugojimas: atsinaujinančių energijos šaltinių (pvz., saulės ir vėjo) pavertimas vandenilio saugykla, siekiant subalansuoti tinklo apkrovas.
3.Transportas: vandenilio tiekimo infrastruktūra vandenilinėms kuro elementų transporto priemonėms (FCEV).
ateities vizija
Technologijų pažanga ir mažėjant sąnaudoms, vandenilio gamybos technologija vaidins vis svarbesnį vaidmenį skatinant švarios energijos plėtrą ir mažinant anglies dvideginio išmetimą. Mokslininkai ir įmonės stengiasi pagerinti elektrolizatorių efektyvumą, sumažinti išlaidas ir kurti patvaresnes bei efektyvesnes medžiagas, kad paskatintų šios srities plėtrą.
