Содержание:
Введение
- Щелочной электролизер
- Электролизер с протонообменной мембраной
- Высокотемпературный электролизер
Заключение
Введение
В настоящее время в мире нарастает интерес к получению водорода методом электролиза воды. И для этого есть все основания. Более подробно в материалах моего канала:
Таким образом, существует три различных технологии электролиза воды и в этой статье кратко рассмотрен принцип работы электролизеров.
1. Щелочной электролизер
Электролизер представляет собой фильтр-прессную
от англ. filter press – аппарат периодического действия для разделения под давлением жидких неоднородных систем
ячеечную конструкцию с биполярными электродами, разделительной диафрагмой на катодное и анодное пространства в ячейке, зачехлованную в герметичном кожухе и имеющем общую стяжку.
Раздельный отвод водорода и кислорода предусмотрен в верхней части электролизера. Подвод жидкостного электролита в нижней срединной части электролизера.
2. Электролизер с протонообменной мембраной
Твердо-полимерный электролизер (еще называют с протонообменной мембраной) представляет собой фильтр-прессную конструкцию, состоящую из последовательно собранных и чередующихся мембранно-электродных блоков с биполярными электродами, служащих для разделения одной ячейки от другой и зачехлованную в герметичном кожухе со стяжкой.
Мембранно-электродные блоки содержат каналы для раздельного отвода водорода и кислорода и подвода химобессоленной воды.
В общем, все по аналогии со щелочным электролизером с той лишь разницей, что после ионизации молекулы воды на аноде, протоны диффундируют сквозь мембрану (отсюда и название) к катоду, где восстанавливаются до молекулярного водорода.
А также отличаются гораздо большей компактностью из-за отсутствия циркуляции электролита.
3. Высокотемпературный электролизер
Рабочая температура процесса порядка 800-1000 °С. Главной особенностью при этом является снижение сопротивления диффузии ионов кислорода через циркониевый электролит, стабилизированный оксидом иттрия или скандия. В результате возрастает интенсификация и улучшается кинетика диффузионных процессов. В итоге, это приводит к снижению удельного расхода электроэнергии.
О причинах снижения удельного расхода электроэнергии смотрите здесь
Но одновременно с этим это один из главных недостатков высокотемпературного электролиза, поскольку требуется значительный перегрев пара до уровня рабочей температуры, иначе процесс не сможет быть реализован.
Принцип работы
Водяной пар в смеси с малой долей водорода (для предотвращения возможных отложений на катоде и поддержание его в чистоте) подается в катодное пространство, где в результате ионизации молекулы воды она расщепляется на водород и ион кислорода, который за счет диффузии на аноде восстанавливается до молекулярного О2.
Соединение ячеек между собой и образует электролизер с каналами для подвода пароводородной смеси и отвода продуктов реакции.
Заключение
На сегодняшний день все три технологии электролиза успешно разрабатываются в ряде стран мира в направлении повышения эффективности и снижения удельного расхода электроэнергии, а это напрямую повышает КПД электролизера.
По щелочному и протонообменному электролизу уже имеются прототипы с КПД не ниже 80%.
Состояние разработок по высокотемпературному электролизу пока не вышло за рамки лабораторных испытаний.