1. Первый протонпроводящий электролизер
На уровне ячейки существуют два основных фактора, применимых к выбору компонентов ячейки:
- вид электролита (жидкости или твердой ионопроводящей среды)
- и рабочая температура.
Наиболее развитые технологии, доступные на рынке, работают при температуре окружающей среды до 100 °С. В настоящее время доступны три основные технологии. С исторической точки зрения щелочной водный электролиз является старейшим и более зрелым и берет свое начало с 1800-х годов.
Позже, в 1960-х годах, мембраны из протонпроводящих иономеров стали коммерчески доступными, что привело к развитию так называемой технологии электролиза воды с протонпроводящей мембраной, или, как еще называют - с твердополимерной мембраной.
Исторически первый электролизер воды с протонпроводящей мембраной был разработан в 1966 году компанией General Electric Co. в рамках космической программы США. Это было связано с изобретением У. Томасом Граббом в начале 1950-х годов ионообменной электролитной мембраны из сульфонированного полистирола.
2. Начала высокотемпературного электролиза
В 1980-е годы были разработаны высокотемпературные ячейки (700-1000 °С) на основе керамики, проводящей ионы кислорода. С исторической точки зрения, разработка высокотемпературного электролиза воды началась в США в 1970-х годах, в General Electric и Брукхейвенской национальной лаборатории, затем в Дорнье в Германии и некоторых исследовательских центрах в СССР.
Наиболее популярным материалом электролита был стабилизированный диоксид циркония с проводимостью по ионам кислорода. Первая статья, описывающая такую концепцию, была опубликована в 1980 г. В последние годы высокотемпературный электролиз привлекает все больший интерес из-за значительного прогресса, достигнутого в технологии родственных твердооксидных топливных элементов, и растущего интереса к сценариям углеродно-нейтральной энергетики.
Ячейки высокотемпературного электролиза обычно работают в диапазоне температур 700–900 °C. Было предпринято множество попыток для снижения температуры (450-700°С), но пока без реального практического успеха.
3. Чего ждать в дальнейшем?
Тем не менее, некоторые другие концепции ячеек также находятся в стадии разработки и появляются в настоящее время:
- полимерная ячейка с повышенной температурой (до 350 °С);
- щелочная полимерная электролизная ячейка (25–100 °С);
- ячейка с протонпроводящей керамикой (300–600 °С).
Заключение
В результате можно ожидать, что в перспективе станут доступны электролиты, охватывающие широкий диапазон интересующих температур и что станут доступны различные технологии для разных применений и разных условий эксплуатации.