PEMの紹介
PEM水電解槽は、PEMを使用して陽子を伝導し、電極の両側のガスを隔離し、強アルカリ性液体電解質を使用してAWEに関連する欠点を回避します。PEM水電解槽は、PEMを電解質として、純水を反応物として取ります。さらに、PEMは水素透過性が低く、高い水素純度を生成します。水蒸気だけを除去する必要があります。電解槽はゼロ間隔構造と低オーム抵抗を採用しているため、電解プロセスの全体的な効率が大幅に向上し、体積がよりコンパクトになります。圧力制御範囲は大きく、水素出力圧力は数mpaに達することができ、再生可能エネルギー電力入力の急速な変化に適応する。したがって、水水素製造のPEM電気分解は、有望なグリーン水素製造技術パスである。
また、PEM加水分解による水素製造のボトルネックはコストと寿命であることにも留意すべきである。電解槽のコストでは、双極板が約48%、膜電極が約10%を占める。PEMの現在の国際的な高度なレベルは、2A·cmのシングルセル性能 - 2@2V、2〜3mg / cm2の総白金触媒負荷、6×104〜8×104時間の安定した実行時間、水素製造のコストは水素1kgあたり約3.7ドルです。PEM電解槽のコスト削減研究は、触媒とPEM材料に基づく膜電極、ガス拡散層、双極板などのコアコンポーネントに焦点を当てています。
双極板と流れ場は電解槽コストの大部分を占めており、双極板コストの低減は電解槽のコストを制御する鍵となる。PEM電解槽内の陽極の過酷な動作条件では、双極板の腐食は金属イオンの浸出につながり、PEMを汚染する。したがって、双極板の一般的な保護は、表面に防食コーティングを調製することである。レッテンマイヤーら
ステンレス製双極板に真空プラズマ溶射によりTi層を作製し、腐食を防止し、次いでマグネトロンスパッタリングによりTi酸化による導電性の低下を防止するためにPt層を作製した。さらなる研究は、Ptコーティングをより安価なNbコーティングに置き換えることによって同様のセル性能を維持できることを示し、セルは1000時間以上安定して動作できることを示した。テネシー大学の研究チームは、積層造形技術を用いて、陰極双極板上に厚さ1mmのステンレス鋼材料の流動場を作製し、その上に厚さ0.15mmのネットガス拡散層を堆積させた。単一セルのカソードインピーダンスは非常に小さく、セルの性能は最大2A・cm(2@1.715V)ですが、安定性を向上させるためには依然として表面が必要です。さらに、オークリッジ国立研究所、韓国科学技術院などの機関も、PEM電解槽用の一連の双極板開発を行っています。
現在使用されている電極材料としては、最も一般的に使用されているのは、チタン繊維フェルトこれは、良好な耐性と耐食性を有する。
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