Прогресс в технологии производства водорода и экономический анализ – Производство водорода в щелочном электролизере

Производство водорода с помощью щелочных элементов является относительно зрелой технологией электролитического производства водорода. Щелочные элементы безопасны и надежны, имеют срок службы 15 лет и широко используются в коммерческих целях. Эффективность работы щелочных элементов обычно составляет 42% ~ 78%. За последние несколько лет щелочные электролитические элементы достигли прогресса в двух основных аспектах. С одной стороны, была улучшена эффективность элемента и снижены эксплуатационные расходы, связанные с потреблением электроэнергии. С другой стороны, увеличивается рабочая плотность тока и снижаются инвестиционные затраты.

Принцип работы щелочного электролизера показан на рисунке. Батарея состоит из двух электродов, разделенных герметичной диафрагмой. Сборка батареи погружается в щелочной жидкий электролит KOH высокой концентрации (от 20% до 30%) для максимизации ионной проводимости. Растворы NaOH и NaCl также могут использоваться в качестве электролитов, но они не используются обычно. Главным недостатком электролитов является то, что они едкие. Ячейка работает при температуре от 65 °C до 100 °C. Катод ячейки вырабатывает водород, а полученный OH - протекает через диафрагму к аноду, где он рекомбинирует, образуя кислород.

Усовершенствованные щелочные электролитические ячейки подходят для крупномасштабного производства водорода. Щелочные электролитические ячейки, производимые некоторыми производителями, имеют очень высокую производительность по водороду (500 ~ 760 Нм3/ч) с соответствующим потреблением энергии 2150 ~ 3534 кВт. На практике, чтобы предотвратить создание горючих газовых смесей, выход водорода ограничен 25% - 100% от номинального диапазона, максимально допустимая плотность тока составляет около 0,4 А/см2, рабочая температура составляет от 5 до 100 °C, а максимальное электролитическое давление близко к 2,5 - 3,0 МПа. Когда электролитическое давление слишком высокое, инвестиционные затраты увеличиваются, а риск образования вредной газовой смеси значительно увеличивается. Без какого-либо вспомогательного очистного устройства чистота водорода, получаемого электролизом щелочных ячеек, может достигать 99%. Электролитическая вода для щелочного электролизера должна быть чистой, чтобы защитить электрод и обеспечить безопасную эксплуатацию, проводимость воды должна быть менее 5См/см.