La produzione di idrogeno tramite celle alcaline è una tecnologia di produzione elettrolitica di idrogeno relativamente matura. Le celle alcaline sono sicure e affidabili, con una durata di 15 anni, e sono ampiamente utilizzate a livello commerciale. L'efficienza operativa delle celle alcaline è generalmente compresa tra il 42% e il 78%. Negli ultimi anni, le celle elettrolitiche alcaline hanno compiuto progressi sotto due aspetti principali. Da un lato, è stata migliorata l'efficienza delle celle e sono stati ridotti i costi operativi associati al consumo di elettricità. Dall'altro, la densità di corrente operativa è aumentata e i costi di investimento sono diminuiti.
Il principio di funzionamento di un elettrolizzatore alcalino è illustrato in figura. La batteria è costituita da due elettrodi separati da un diaframma a tenuta d'aria. Il gruppo batteria è immerso in un'alta concentrazione di elettrolita liquido alcalino KOH (dal 20% al 30%) per massimizzare la conduttività ionica. Anche le soluzioni di NaOH e NaCl possono essere utilizzate come elettroliti, ma non sono comunemente utilizzate. Il principale svantaggio degli elettroliti è la loro corrosività. La cella opera a una temperatura compresa tra 65 °C e 100 °C. Il catodo della cella produce idrogeno e l'OH- risultante fluisce attraverso il diaframma fino all'anodo, dove si ricombina per produrre ossigeno.
Le celle elettrolitiche alcaline avanzate sono adatte alla produzione di idrogeno su larga scala. Le celle elettrolitiche alcaline prodotte da alcuni produttori hanno una capacità di produzione di idrogeno molto elevata (500 ~ 760 Nm³/h), con un consumo energetico corrispondente di 2150 ~ 3534 kW. In pratica, per prevenire la creazione di miscele di gas infiammabili, la resa di idrogeno è limitata al 25%-100% del range nominale, la densità di corrente massima consentita è di circa 0,4 A/cm², la temperatura di esercizio è compresa tra 5 e 100 °C e la pressione elettrolitica massima è prossima a 2,5-3,0 MPa. Quando la pressione elettrolitica è troppo elevata, i costi di investimento aumentano e il rischio di formazione di miscele di gas nocive aumenta significativamente. Senza alcun dispositivo di purificazione ausiliario, la purezza dell'idrogeno prodotto dall'elettrolisi delle celle alcaline può raggiungere il 99%. L'acqua elettrolitica delle celle elettrolitiche alcaline deve essere pura; per proteggere l'elettrodo e garantire un funzionamento sicuro, la conduttività dell'acqua è inferiore a 5 S/cm.
Data di pubblicazione: 02-02-2023