PEM Introduction
L’électrolyseur d’eau PEM utilise le PEM pour conduire les protons et isoler le gaz des deux côtés de l’électrode, évitant ainsi les inconvénients associés à l’AWE utilisant des électrolytes liquides alcalins puissants. La cellule électrolytique de l’eau PEM prend le PEM comme électrolyte et l’eau pure comme réactif. En outre, le PEM a une faible perméabilité à l’hydrogène et produit une grande pureté de l’hydrogène. Seule la vapeur d’eau doit être éliminée. La cellule électrolytique adopte une structure d’espacement nul et une faible résistance à l’ohm, ce qui améliore considérablement l’efficacité globale du processus électrolytique et rend le volume plus compact. La plage de contrôle de la pression est large, la pression de sortie de l’hydrogène peut atteindre plusieurs mpa, s’adapter au changement rapide de l’apport d’énergie renouvelable. Par conséquent, l’électrolyse PEM de la production d’hydrogène d’eau est une voie technologique prometteuse de production d’hydrogène vert.
Il convient également de noter que les goulots d’étranglement de la production d’hydrogène par hydrolyse PEM sont le coût et la durée de vie. Dans le coût de la cellule électrolytique, la plaque bipolaire représente environ 48% et l’électrode à membrane représente environ 10%. Le niveau avancé international actuel de PEM est: performance d’une seule cellule de 2 A · cm - 2 @ 2 V, charge totale du catalyseur de platine de 2 ~ 3 mg / cm2, temps de fonctionnement stable de 6 ×104 ~ 8 ×104 h, le coût de production d’hydrogène est d’environ 3,7 $ par kg d’hydrogène. La recherche sur la réduction du coût de la cellule électrolytique PEM se concentre sur les composants de base tels que l’électrode membranaire, la couche de diffusion de gaz et la plaque bipolaire à base de catalyseur et de matériaux PEM.
La plaque bipolaire et le champ d’écoulement représentent une grande partie du coût des cellules électrolytiques, la réduction du coût des plaques bipolaires est la clé pour contrôler le coût des cellules électrolytiques. Dans les conditions de fonctionnement difficiles de l’anode dans l’électrolyseur PEM, la corrosion de la plaque bipolaire entraînera la lixiviation des ions métalliques, ce qui contaminera le PEM. Par conséquent, la protection commune de la plaque bipolaire consiste à préparer un revêtement anticorrosion sur la surface. Lettenmeier et al.
a préparé la couche Ti par pulvérisation plasma sous vide sur la plaque bipolaire en acier inoxydable pour prévenir la corrosion, puis la couche Pt préparée par pulvérisation magnétron pour empêcher la réduction de la conductivité causée par l’oxydation Ti. D’autres études ont montré qu’une performance de cellule similaire pouvait être maintenue en remplaçant le revêtement Pt par le revêtement Nb moins cher, et que la cellule pouvait fonctionner de manière stable pendant plus de 1000 h. L’équipe de recherche de l’Université du Tennessee a utilisé la technologie de fabrication additive pour produire un champ d’écoulement de matériau en acier inoxydable d’une épaisseur de 1 mm sur une plaque bipolaire cathodique, et a déposé une couche de diffusion de gaz nette d’une épaisseur de 0,15 mm. L’impédance cathodique de la cellule unique est très faible et les performances de la cellule peuvent atteindre 2 A·cm - 2 @1,715 V, mais la surface est toujours nécessaire pour améliorer la stabilité. En outre, le Laboratoire national d’Oak Ridge, l’Institut coréen des sciences et de la technologie et d’autres institutions ont également mis au point une série de développements de plaques bipolaires pour les cellules électrolytiques PEM.
Le matériau d’électrode actuellement utilisé, le plus couramment utilisé estFeutre en fibre de titane, qui a une bonne résistance et une bonne résistance à la corrosion.
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