De productie van waterstof met behulp van alkalinebatterijen is een relatief volwassen elektrolytische waterstofproductietechnologie. Alkalinebatterijen zijn veilig en betrouwbaar, hebben een levensduur van 15 jaar en worden al op grote schaal commercieel gebruikt. Het rendement van alkalinebatterijen ligt doorgaans tussen de 42% en 78%. De afgelopen jaren hebben alkalinebatterijen op twee belangrijke vlakken vooruitgang geboekt. Enerzijds is het rendement van de batterij verbeterd en zijn de operationele kosten voor elektriciteitsverbruik gedaald. Anderzijds is de stroomdichtheid toegenomen en zijn de investeringskosten gedaald.
Het werkingsprincipe van een alkalische elektrolyzer wordt in de afbeelding weergegeven. De batterij bestaat uit twee elektroden die gescheiden zijn door een luchtdicht membraan. De batterij wordt ondergedompeld in een alkalische vloeibare elektrolyt met een hoge concentratie KOH (20% tot 30%) om de ionengeleiding te maximaliseren. NaOH- en NaCl-oplossingen kunnen ook als elektrolyt worden gebruikt, maar dit is niet gebruikelijk. Het belangrijkste nadeel van elektrolyten is dat ze corrosief zijn. De cel werkt bij een temperatuur van 65 °C tot 100 °C. De kathode van de cel produceert waterstof, en de resulterende OH⁻ stroomt door het membraan naar de anode, waar het recombineert tot zuurstof.
Geavanceerde alkalische elektrolysecellen zijn geschikt voor grootschalige waterstofproductie. Alkalische elektrolysecellen van sommige fabrikanten hebben een zeer hoge waterstofproductiecapaciteit van 500 tot 760 Nm³/u, met een bijbehorend energieverbruik van 2150 tot 3534 kW. In de praktijk wordt de waterstofopbrengst, om de vorming van brandbare gasmengsels te voorkomen, beperkt tot 25% tot 100% van het nominale vermogen, de maximaal toelaatbare stroomdichtheid is ongeveer 0,4 A/cm², de bedrijfstemperatuur ligt tussen 5 en 100 °C en de maximale elektrolysedruk is ongeveer 2,5 tot 3,0 MPa. Bij een te hoge elektrolysedruk stijgen de investeringskosten en neemt het risico op de vorming van schadelijke gasmengsels aanzienlijk toe. Zonder extra zuiveringsapparatuur kan de zuiverheid van waterstof geproduceerd door alkalische elektrolysecellen 99% bereiken. Het elektrolysewater voor alkalische elektrolysecellen moet zuiver zijn om de elektroden te beschermen en een veilige werking te garanderen; de watergeleidbaarheid moet lager zijn dan 5 S/cm.
Geplaatst op: 2 februari 2023