Kemajuan teknologi pengeluaran hidrogen dan analisis ekonomi – Pengeluaran hidrogen dalam sel elektrolitik alkali

Penghasilan hidrogen sel alkali merupakan teknologi penghasilan hidrogen elektrolitik yang agak matang. Sel alkali selamat dan boleh dipercayai, dengan jangka hayat selama 15 tahun, dan telah digunakan secara meluas secara komersial. Kecekapan kerja sel alkali secara amnya adalah 42% ~ 78%. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sel elektrolitik alkali telah mencapai kemajuan dalam dua aspek utama. Di satu pihak, kecekapan sel yang dipertingkatkan telah dipertingkatkan dan kos operasi yang berkaitan dengan penggunaan elektrik telah dikurangkan. Sebaliknya, ketumpatan arus operasi meningkat dan kos pelaburan berkurangan.

Prinsip kerja elektrolisis alkali ditunjukkan dalam rajah. Bateri terdiri daripada dua elektrod yang dipisahkan oleh diafragma kedap udara. Pemasangan bateri direndam dalam elektrolit cecair alkali berkepekatan tinggi KOH (20% hingga 30%) untuk memaksimumkan kekonduksian ionik. Larutan NaOH dan NaCl juga boleh digunakan sebagai elektrolit, tetapi ia tidak biasa digunakan. Kelemahan utama elektrolit ialah ia menghakis. Sel beroperasi pada suhu 65 °C hingga 100 °C. Katod sel menghasilkan hidrogen, dan OH- yang terhasil mengalir melalui diafragma ke anod, di mana ia bergabung semula untuk menghasilkan oksigen.

Sel elektrolitik alkali termaju sesuai untuk pengeluaran hidrogen berskala besar. Sel elektrolitik alkali yang dibuat oleh sesetengah pengeluar mempunyai kapasiti pengeluaran hidrogen yang sangat tinggi pada (500 ~ 760Nm3/j), dengan penggunaan kuasa yang sepadan iaitu 2150 ~ 3534kW. Dalam praktiknya, untuk mencegah penghasilan campuran gas mudah terbakar, hasil hidrogen dihadkan kepada 25% hingga 100% daripada julat yang dinilai, ketumpatan arus maksimum yang dibenarkan ialah kira-kira 0.4A/cm2, suhu operasi ialah 5 hingga 100°C, dan tekanan elektrolitik maksimum hampir 2.5 hingga 3.0 MPa. Apabila tekanan elektrolitik terlalu tinggi, kos pelaburan meningkat dan risiko pembentukan campuran gas berbahaya meningkat dengan ketara. Tanpa sebarang peranti penulenan tambahan, ketulenan hidrogen yang dihasilkan oleh elektrolisis sel alkali boleh mencapai 99%. Air elektrolitik sel elektrolitik alkali mestilah tulen, untuk melindungi elektrod dan operasi yang selamat, kekonduksian air adalah kurang daripada 5S/cm.