يُعد إنتاج الهيدروجين باستخدام الخلايا القلوية تقنيةً متطورةً نسبيًا لإنتاج الهيدروجين الكهربائي. تتميز الخلايا القلوية بالأمان والموثوقية، حيث يبلغ عمرها الافتراضي 15 عامًا، وتُستخدم على نطاق واسع تجاريًا. تتراوح كفاءة تشغيل الخلايا القلوية عادةً بين 42% و78%. في السنوات القليلة الماضية، حققت الخلايا القلوية تقدمًا في جانبين رئيسيين: من ناحية، تحسنت كفاءة الخلايا وانخفضت تكاليف التشغيل المرتبطة باستهلاك الكهرباء. ومن ناحية أخرى، ازدادت كثافة تيار التشغيل وانخفضت تكلفة الاستثمار.
يوضح الشكل مبدأ عمل المُحلِّل الكهربائي القلوي. تتكون البطارية من قطبين كهربائيين يفصل بينهما غشاء محكم الإغلاق. يُغمر مُجمَّع البطارية في تركيز عالٍ من مُحلول كهرل سائل قلوي (KOH) (20% إلى 30%) لزيادة التوصيل الأيوني. يمكن أيضًا استخدام محاليل NaOH وNaCl كإلكتروليتات، ولكنها غير شائعة الاستخدام. عيبها الرئيسي هو أنها مُسبِّبة للتآكل. تعمل الخلية عند درجة حرارة تتراوح بين 65 و100 درجة مئوية. يُنتج مهبط الخلية الهيدروجين، ويتدفق OH الناتج عبر الغشاء إلى الأنود، حيث يتحد مُنتجًا الأكسجين.
تُعد الخلايا القلوية التحليلية الكهربائية المتقدمة مناسبة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع. تتميز الخلايا القلوية التحليلية الكهربائية التي تُنتجها بعض الشركات المصنعة بقدرة إنتاج هيدروجين عالية جدًا (500 ~ 760 نيوتن متر مكعب/ساعة)، مع استهلاك طاقة مُقابل يتراوح بين 2150 و3534 كيلو واط. عمليًا، ولمنع تكوين خلائط غازية قابلة للاشتعال، يقتصر إنتاج الهيدروجين على 25% إلى 100% من النطاق المُصنّف، وتبلغ أقصى كثافة تيار مسموح بها حوالي 0.4 أمبير/سم²، وتتراوح درجة حرارة التشغيل بين 5 و100 درجة مئوية، ويتراوح أقصى ضغط تحليلي كهربائي بين 2.5 و3.0 ميجا باسكال. عندما يكون الضغط التحليلي الكهربائي مرتفعًا جدًا، تزداد تكلفة الاستثمار ويزداد خطر تكوين خليط غازي ضار بشكل كبير. بدون أي جهاز تنقية إضافي، يمكن أن تصل نقاء الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي للخلايا القلوية إلى 99%. يجب أن يكون الماء الكهربائي للخلية القلوية التحليلية نقيًا، من أجل حماية القطب والتشغيل الآمن، يجب أن تكون موصلية الماء أقل من 5S/cm.
وقت النشر: 2 فبراير 2023