PEM ఎలక్ట్రోలైజర్ కోసం ఉత్ప్రేరక విశ్లేషణ

1. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి పెమ్ నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ పరిచయం

పెమ్ ఎలక్ట్రోలైజర్హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి కోసం, దీనిని కూడా పిలుస్తారుప్రోటాన్ మార్పిడి పొరహైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి ప్రక్రియను సూచిస్తుంది, ఇది ప్రోటాన్ ఎక్స్ఛేంజ్ పొరను ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగిస్తుంది మరియు హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి నీటి విద్యుద్విశ్లేషణకు ముడి పదార్థంగా స్వచ్ఛమైన నీటిని ఉపయోగిస్తుంది.

ఆల్కలీన్ వాటర్ విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సాంకేతికతతో పోలిస్తే, PEM వాటర్ విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సాంకేతికత పెద్ద ప్రస్తుత సాంద్రత, అధిక హైడ్రోజన్ స్వచ్ఛత మరియు వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన వేగం యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. PEM వాటర్ విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సాంకేతిక పరిజ్ఞానం అధిక పని సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది.

అయితే, అప్పటి నుండిPEM ఎలక్ట్రోలైజర్స్అధిక ఆమ్ల మరియు అధిక ఆక్సీకరణ పని వాతావరణంలో పనిచేయవలసిన అవసరం, పరికరాలు ఇరిడియం, ప్లాటినం, టైటానియం మొదలైన ఖరీదైన లోహ పదార్థాలపై ఎక్కువ ఆధారపడి ఉంటాయి, ఫలితంగా అధిక ఖర్చులు ఉంటాయి.

పెమ్ ఎలక్ట్రోలైజర్

2.పెమ్ వాటర్ విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సూత్రం

PEM హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి ప్రధానంగా ఈ క్రింది నాలుగు దశలుగా విభజించబడింది.

1. నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ మరియు ఆక్సిజన్ పరిణామం

నీరు (2H2O) సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పై జలవిశ్లేషణ ప్రతిచర్యకు లోనవుతుంది మరియు విద్యుత్ క్షేత్రం మరియు ఉత్ప్రేరకం యొక్క చర్య కింద ప్రోటాన్లు (4H+), ఎలక్ట్రాన్లు (4E-) మరియు వాయు ఆక్సిజన్ (O2) గా విడిపోతుంది, సమీకరణం (1) లో చూపిన విధంగా.

2H2O = 4H ++ 4E-+O2 (1)

2. ప్రోటాన్ ఎక్స్ఛేంజ్

4H+ సల్ఫోనిక్ యాసిడ్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులను కలిగి ఉన్న ఘన PEM గుండా వెళుతుంది మరియు విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క చర్య కింద ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌కు చేరుకుంటుంది.

3. ఎలక్ట్రానిక్ ప్రసరణ

4E-ఎలక్ట్రాన్లు బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ నుండి నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌కు వెళతాయి.

4. హైడ్రోజన్ వాయువు పరిణామం

సమీకరణం (2) లో చూపిన విధంగా, నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌కు చేరే 4H+ 2H2 ను ఉత్పత్తి చేయడానికి 4E- పొందుతుంది.

4H ++ 4E- = 2H2 (2)

3. పెమ్ వాటర్ విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి ఉత్ప్రేరకం

ప్రోటాన్ ఎక్స్ఛేంజ్ పొర యొక్క సాధారణ వాణిజ్య ఉత్పత్తి పెర్ఫ్లోరోసల్ఫోనిక్ యాసిడ్ పాలిమర్ పొరలు. అందువల్ల, PEM హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి పొర ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క పని వాతావరణం చాలా ఆమ్లంగా ఉంటుంది. ప్రతి భాగం యొక్క పదార్థాలు తుప్పు నిరోధకతను పరిగణించాల్సిన అవసరం ఉంది మరియు ఉత్ప్రేరకం దీనికి మినహాయింపు కాదు. సాధారణంగా, ప్లాటినం, ఇరిడియం, రుథేనియం వంటి విలువైన లోహాలు మొదలైనవి.

హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి కాథోడ్ యొక్క ఉత్ప్రేరకాలు మరియు పెమ్ ఎలక్ట్రోలైజర్ యొక్క యానోడ్ భిన్నంగా ఉంటాయి. కాథోడ్ aప్లాటినం కార్బన్ ఉత్ప్రేరకం, మరియు యానోడ్ సాధారణంగా ఇరిడియం-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకం, ఇరిడియం డయాక్సైడ్ మరియు ఇరిడియం బ్లాక్. తక్కువ లోడ్ సామర్థ్యం భవిష్యత్ సాంకేతిక అభివృద్ధి దిశలలో ఒకటి. అదనంగా, ఉత్ప్రేరక నిర్మాణ ఆప్టిమైజేషన్ మరియు వ్యర్థాలు విలువైన మెటల్ రీసైక్లింగ్ కూడా పరిశ్రమలో హాట్ టాపిక్స్.

1. కాథోడ్ హైడ్రోజన్ పరిణామం: ప్లాటినం కార్బన్ ఉత్ప్రేరకం

మంచి ఉత్ప్రేరకంగా, పిటి హైడ్రోజన్ అణువులను శోషించగలదు మరియు విచ్ఛేదనం ప్రోత్సహించగలదు మరియు ప్రస్తుతం వాణిజ్య ఉపయోగం కోసం ఇది మొదటి ఎంపిక. ప్లాటినం-ఆన్-కార్బన్ ఉత్ప్రేరకం, దీనిని పిలుస్తారుPt/c. PT లోడింగ్ సాధారణంగా 0.4-0.6 mg/cm2.

రసాయన తగ్గింపు పద్ధతి ప్రస్తుతం ఎక్కువగా ఉపయోగించే ప్లాటినం కార్బన్ ఉత్ప్రేరక ఉత్పత్తి పద్ధతి. ఇది సక్రియం చేయబడిన కార్బన్, స్వేదనజలం, హెక్సాక్లోరోప్లాటినిక్ యాసిడ్ ద్రావణాన్ని ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగించే ఒక పద్ధతిని సూచిస్తుంది మరియు మిక్సింగ్ మరియు కరిగే, అల్ట్రాసోనిక్ వైబ్రేషన్, రసాయన తగ్గింపు చికిత్స మరియు ఇతర దశల ద్వారా ప్లాటినం కార్బన్ ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

2. యానోడ్ ఆక్సిజన్ పరిణామం: ఇరిడియం-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకం

యానోడ్ వైపు అధిక-ఆక్సిజన్ వాతావరణం కాబట్టి, యానోడ్ ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఉత్ప్రేరకం కొన్ని విలువైన లోహ అంశాలను మాత్రమే ఎంచుకోగలదు మరియు వాటి ఆక్సైడ్లైన IR, RU, ఇవి ఆక్సీకరణ మరియు తుప్పుకు అధిక నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి.

RUO2 మరియు IRO2 ఆక్సిజన్ పరిణామం ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యలకు ఉత్తమమైన ఉత్ప్రేరక చర్యను కలిగి ఉన్నాయి, మరియు IRO2 మంచి స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంది, కాబట్టి IRO2 ఆక్సిజన్ పరిణామ ఉత్ప్రేరకం యొక్క ప్రధాన పదార్థం.

ఇరిడియం ఆక్సైడ్ యొక్క తయారీ పద్ధతుల్లో ప్రధానంగా థర్మల్ ఆక్సీకరణ పద్ధతి, రసాయన అవపాతం పద్ధతి, ఆడమ్స్ (ADMAS) ద్రవీభవన పద్ధతి, సోల్-జెల్ పద్ధతి మొదలైనవి ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, రసాయన అవపాతం పద్ధతి సాధారణంగా ఒక క్షార (సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ వంటివి) ఒక ఇరిడియం సజల ద్రావణానికి, మరియు ప్రతిచర్య తరువాత, హైడ్రాక్సైడ్ (OH) 3 లేదా IROX Yox, అప్పుడు. ఇరిడియం ఆక్సైడ్ పొందటానికి నిర్వహిస్తారు.