Развитие на технологията за производство на водород и икономически анализ – Производство на водород в алкална електролитна клетка

Производството на водород с алкални клетки е сравнително зряла технология за електролитно производство на водород. Алкалните клетки са безопасни и надеждни, с живот от 15 години и се използват широко в търговската мрежа. Работната ефективност на алкалните клетки обикновено е 42% ~ 78%. През последните няколко години алкалните електролитни клетки постигнаха напредък в два основни аспекта. От една страна, подобрената ефективност на клетките е подобрена, а оперативните разходи, свързани с консумацията на електроенергия, са намалени. От друга страна, работната плътност на тока се увеличава и инвестиционните разходи намаляват.

Принципът на работа на алкалния електролизатор е показан на фигурата. Батерията се състои от два електрода, разделени от херметична диафрагма. Батерийният блок е потопен във висококонцентриран алкален течен електролит KOH (20% до 30%), за да се увеличи максимално йонната проводимост. Разтвори на NaOH и NaCl също могат да се използват като електролити, но те не се използват често. Основният недостатък на електролитите е, че са корозивни. Клетката работи при температура от 65°C до 100°C. Катодът на клетката произвежда водород, а полученият OH⁻ преминава през диафрагмата към анода, където се рекомбинира, за да произведе кислород.

Усъвършенстваните алкални електролитни клетки са подходящи за мащабно производство на водород. Алкалните електролитни клетки, произведени от някои производители, имат много висок капацитет за производство на водород (500 ~ 760 Nm3/h), със съответна консумация на енергия от 2150 ~ 3534 kW. На практика, за да се предотврати образуването на запалими газови смеси, добивът на водород е ограничен до 25% до 100% от номиналния диапазон, максимално допустимата плътност на тока е около 0,4 A/cm2, работната температура е от 5 до 100°C, а максималното електролитно налягане е близо до 2,5 до 3,0 MPa. Когато електролитичното налягане е твърде високо, инвестиционните разходи се увеличават и рискът от образуване на вредна газова смес се увеличава значително. Без допълнително пречиствателно устройство, чистотата на водорода, получен чрез електролиза на алкални клетки, може да достигне 99%. Водата в електролитните клетки на алкалните електролити трябва да е чиста. За да се защити електродът и да се работи безопасно, проводимостта на водата е по-малка от 5S/cm.