الکترولیز هیدروژن پم

 

حجم کم

• چگالی جریان عملیاتی بالا (1.5~3A/cm²)
• ضخامت ناحیه هسته مخزن کمتر از 1 متر
• سیستم کنترل کمکی یکپارچه نصب شده روی لغزش

بازدهی بالا

• مصرف برق DC زیر 4.3 کیلووات ساعت / نیوتن متر مربع
• راندمان حرارتی بالاتر از 75 درصد
• الکترودهای غشایی PEM ترجیحی در سطح بین المللی پیشرو
•  

 

1. افزایش ثبات در پارامترهای عملیاتی

1.1 فشار عملیاتی پایدار:الکترولیز فشار کاری ثابت 3.{1}} مگاپاسکال را حفظ می‌کند و از تولید مداوم هیدروژن در این سطح فشار اطمینان می‌دهد. این سازگاری نیازهای عملیاتی مختلف را برآورده می کند و نیاز به فشار اضافی را به حداقل می رساند و در نتیجه هزینه های مرتبط را کاهش می دهد.

1.2 دمای عملیاتی بهینه:الکترولایزر که در محدوده دمایی 5±70 درجه کار می کند، پایداری و سازگاری فوق العاده ای از خود نشان می دهد و عملکرد قابل اعتماد را در شرایط مختلف محیطی تضمین می کند.

2. دامنه گسترده نوسانات برق

تنظیم توان انعطاف پذیر: الکترولایزر طیف وسیعی از تنظیم توان را در خود جای می دهد که از 5٪ تا 110٪ را شامل می شود. این محدوده وسیع سیستم را قادر می سازد تا حتی در میان نوسانات قابل توجه در منبع تغذیه، بدون وقفه کار کند و تولید بی وقفه هیدروژن را تضمین کند.

3. فناوری راه اندازی سریع

راه اندازی گرم و سرد سریع: با قابلیت راه اندازی سریع، الکترولیز زمان توقف تولید را به حداقل می رساند. شروع سرد به کمتر از 5 دقیقه نیاز دارد که به طور قابل توجهی دوره رکود در تولید را کاهش می دهد. علاوه بر این، راه اندازی گرم تنها 5 ثانیه طول می کشد، و به تجهیزات اجازه می دهد تا به سرعت به شرایط عملیاتی مطلوب خود دست یابند و در نتیجه کارایی عملیاتی را افزایش دهند.

 

نام	پارامتر
ظرفیت تولید هیدروژن (Nm3/h)	200
حداکثر ظرفیت تولید هیدروژن (Nm3/h)	240
مصرف برق DC (kWh/Nm3)	کمتر یا مساوی 4.3
خلوص هیدروژن (قبل از تصفیه)	بزرگتر یا مساوی 99.9%
محفظه الکترولایزر – W x D x H(m)	0.8x0.6x1.5
فشار عملیاتی (MPa)	3 . 0
دمای کارکرد (درجه)	70±5
دمای محیط (درجه)	5~40
محدوده مصرف برق	5-1 2 0 %
زمان شروع سرد (دقیقه)	کمتر یا مساوی 5
زمان شروع داغ (دوم)	5
عمر سرویس (سال)	بزرگتر یا مساوی 5
الکترولیت	H2O
واحد جداسازی
ظرفیت پردازش اکسیژن نامی	100 نیوتن متر3/h
خلوص اکسیژن (شرایط عملیاتی رتبه بندی شده)	>99.8%(0.2 MPa);>98.5٪ (3 مگاپاسکال)
دمای خروجی اکسیژن (درجه)	70±5
واحد تصفیه
خلوص هیدروژن (پس از تصفیه)	بزرگتر یا مساوی 99.999%
نقطه شبنم هیدروژن	-70 درجه
دمای خروجی هیدروژن	دمای معمولی

 

 

ساختار و اصول الکترولیزهای PEM

معرفی

(1) الکترولیز آب PEM از یک غشای مبادله پروتون برای جداسازی گاز در دو طرف الکترود استفاده می کند تا بر مضرات غشاهای تولید هیدروژن الکترولیز قلیایی از نظر نفوذپذیری گاز غلبه کند.

(2) تجهیزات اصلی شامل الکترولیز PEM و BOP است.

(3) این مدل در شرایط فعلی هزینه بیشتری دارد.

 

مقدمه ای بر PEMWE

الکترولیز آب PEM از غشای تبادل پروتون جامد (PEM) به عنوان الکترولیت و آب خالص به عنوان واکنش دهنده استفاده می کند. به دلیل نفوذپذیری کم هیدروژن، الکترولیز PEM قادر به تولید هیدروژن با خلوص بالا است که فقط نیاز به حذف بخار آب دارد که فرآیند آن ساده و ایمن است. الکترولیز در ساختاری با فاصله صفر با مقاومت اهمی کمتر طراحی شده است که به طور قابل توجهی کارایی کلی فرآیند الکترولیز را در اندازه فشرده تر بهبود می بخشد. از طیف وسیع تری از تنظیم فشار پشتیبانی می کند، با فشار خروجی هیدروژن تا درجه MPa، که با انرژی ورودی انرژی تجدیدپذیر که به سرعت در حال تغییر است، سازگار است.

 

1. اصول الکترولیزهای PEM

مانند پشته پیل سوختی، این نوع الکترولیز از الکترودهای غشایی، صفحات و لایه های انتشار گاز تشکیل شده است. آند یک الکترولیز PEM در یک محیط بسیار اسیدی (pH≈2) و تحت ولتاژ الکترولیز 1.4~2.{4}} V کار می کند، که در آن بیشتر فلزات غیر نجیب خورده می شوند و ممکن است با یون های سولفونات ترکیب شوند. PEM، بنابراین توانایی هدایت پروتون PEM را کاهش می دهد.

 

2. کاتالیزورها

تحقیقات روی الکتروکاتالیست‌ها در الکترولیزهای PEM عمدتاً بر روی فلزات / اکسیدهای نجیب مانند Ir و Ru و آلیاژهای دوتایی و سه تایی / اکسیدهای مخلوط مبتنی بر آنها و کاتالیزورهای مبتنی بر تیتانیوم به عنوان حامل متمرکز است. در حال حاضر، بارگیری کاتالیزورهای ایریدیوم در آند حدود 1 میلی‌گرم بر سانتی‌متر مربع است و بارگذاری پلاتین کاتالیزورهای مبتنی بر Pt/C در کاتد حدود 0.4~{6}} است. mg/cm2. کاتالیزور Ir{9}.7Ru0.3Ox که توسط تیم تحقیقاتی ایتالیایی تهیه شده است، می‌تواند سلول الکترولیتی را در زمانی که بارگیری Ir 1.5 میلی‌گرم بر سانتی‌متر مربع است به 3.2 A·cm–2@1.85 V برساند. کاتالیزور Ir0.38/WxTi1-xO2 که توسط تیم تحقیقاتی ژینر تهیه شده است، سلول الکترولیتی را در زمانی که بارگذاری Ir 0 است، به 2 Acm{26}}@1.75 V می‌رساند. 0.4 mg/cm2، و محتوای Ir تنها 1/5 الکترودهای سنتی است. بارگیری کل کاتالیزورهای گروه پلاتین در الکترودهای غشایی باید به 125/125 mg/cm2 0 کاهش یابد.

Ru دارای فعالیت کاتالیزوری OER ذاتی برتر نسبت به Ir است، اما Ru کمتر پایدار است. آلیاژ کردن Ru با آهن می تواند فعالیت و پایداری کاتالیزورها را بهبود بخشد. کاتالیزور Ir{0}}.6Sn0.4 که توسط مؤسسه فیزیک شیمی دالیان، آکادمی علوم چین تهیه شده است، می‌تواند در آزمایش کامل الکترولایزر به 2 Acm–2@1.82 V برسد. IrSn یک ساختار محلول جامد پایدار را تشکیل می دهد، و فرآیند آلیاژسازی با Sn، پراکندگی Ir را بهبود می بخشد، بنابراین به کاهش بارگذاری Ir کمک می کند.

آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر ایالات متحده و جینر به طور مشترک انواع کاتالیزورهای چارچوب فلزی-آلی (MOF) را توسعه داده اند که فقط 1/20 کاتالیزورهای سنتی هزینه دارد. هنگامی که کاتالیزور Co-MOFG-O روی 0.01 A/cm2 باشد، مازاد پتانسیل 1.644 V (در مقابل RHE) خواهد بود که در آزمایش فروپاشی نیمه سلولی از کاتالیزورهای سنتی Ir بهتر عمل می‌کند و آزمایش‌های تمام سلولی باید انجام شود.

 

3. الکترودهای PEM و غشایی

پرکاربردترین غشاها در الکترولایزرهای PEM عبارتند از Nafion (DuPont)، غشای Dow (شرکت شیمیایی Dow)، Flemion (شرکت شیشه آساهی، آموزشی ویبولیتین) و Aciplex-S (شرکت صنایع شیمیایی آساهی)، Neosepta-F (Deshan). شیمیایی) و دیگران. غشای DSMTM توسعه یافته توسط Giner در مقیاس بزرگ تولید شده است که از نظر خواص مکانیکی، نازکی، ابعاد پایدار در هنگام نوسانات برق، راه اندازی و خاموش شدن و عملکرد بهتر در سلول های الکترولیز واقعی بهتر از Nafion است. محصولات PEM داخلی در مرحله آزمایشی هستند.

 

آند الکترولیز آب PEM باید نسبت به محیط اسیدی و پتانسیل بالا در برابر خوردگی مقاوم باشد، که باید دارای ساختار سوراخ مناسبی باشد تا گاز و آب از آن عبور کند. به دلیل شرایط واکنش محدود الکترولیز آب PEM، مواد الکترود غشایی (مانند مواد کربنی) که معمولاً در پیل‌های سوختی PEM استفاده می‌شوند، نمی‌توانند برای آند الکترولیز آب استفاده شوند. 3M یک الکترود لایه نازک با ساختار نانو (NSTF) ساخته است که از کاتالیزورهای Ir و Pt به ترتیب در آند و کاتد استفاده می کند. بارگیری Ir و Pt 0.25mg/cm2 است. این الکترود می تواند در محیط اسیدی و در شرایط پتانسیل بالا به طور پایدار کار کند. ساختار آرایه میله مانند آن بر روی سطح، پراکندگی سطحی کاتالیزورها را بهبود می بخشد. پروتون از روش رسوب دهی مستقیم اسپری برای کاهش تجمع کاتالیزورها استفاده می کند که باعث می شود Pt/C و Ir با 0.1 mg/cm2 و Ir O2 با 0.1 mg/cm2 در ممبران Nafion117. عملکرد یک سلول الکترولیتی مشابه عملکرد سلول‌های الکترولیتی معمولی با بارگذاری بالای کاتالیزور (1.8 Acm–2@2V) است که می‌تواند به مدت 500 ساعت در ولتاژ 2.3 ولت کار کند.

 

کارگاه آموزشی مونتاژ انرژی هیدروژنی SANY

طول این کارگاه گسترده 216 متر و عرض آن 72 متر است و سه منطقه مجزا در مجموع مساحتی معادل 15،{3}} متر مربع را پوشش می دهد. منطقه A به خط پردازش ماشین آتی ما اختصاص داده شده است که برای افتتاح در سال 2024 برنامه ریزی شده است. منطقه B دارای خط مونتاژ ایستگاه سوخت گیری هیدروژن ما است که ظرفیت سالانه 20 مجموعه از ایستگاه های سوخت گیری هیدروژن را دارد. در همین حال، منطقه C میزبان خط مونتاژ تجهیزات تولید هیدروژن ما است که می تواند سالانه الکترولیزهای آب قلیایی 2 گیگاواتی تولید کند. ساخت کل این خط تولید در ژانویه 2023 آغاز شد و به سرعت تکمیل شد و هم چابکی SANY و هم مهارت ما در تولید تجهیزات را به نمایش گذاشت.

1. ایستگاه کار ربات جوشکاری

ایستگاه کاری ربات جوشکاری که برای در دسترس بودن در سپتامبر 2023 برنامه ریزی شده است، یک دستاورد مهم توسط تیم تحقیق و توسعه SANY Robotics است. این ایستگاه نوآورانه یک سیستم جداسازی خرپا، سیستم جابجایی رباتیک، سیستم جوش لیزری، سیستم تشخیص بصری و سیستم چرخش صفحه دوقطبی را یکپارچه می کند. هر 5 دقیقه، یک صفحه دوقطبی تحت جوشکاری بدون درز با شبکه الکترود قرار می گیرد و به دنبال آن انتقال سریع آن به پایین خط مونتاژ انجام می شود. این فرآیند کاملاً خودکار، از تغذیه تا جوشکاری، نه تنها کارایی را افزایش می‌دهد، بلکه عملیات را استاندارد می‌کند و آسیب به پوشش‌های صفحه دوقطبی را در حین جابجایی و چرخش به حداقل می‌رساند و در نتیجه کیفیت محصول را بالا می‌برد.

 

2. جوش نقطه ای قرص های گرد

استفاده از جوش نقطه ای برای تثبیت قرص گرد از چندین جنبه کلیدی از روش های سنتی چسباندن پیشی می گیرد. اولاً، همانطور که در روش‌های مبتنی بر چسب که در برابر ذوب شدن محلول قلیایی و لایه‌برداری در حین کار الکترولیز آسیب‌پذیر هستند، مشکلات جداشدگی را حذف می‌کند و به طور بالقوه عملکرد را به خطر می‌اندازد. ثانیا، تثبیت ایمن را تضمین می کند و خطر انحراف یا افتادن در هنگام مونتاژ را کاهش می دهد. در نهایت، با از بین بردن نیاز به زمان خشک کردن مرتبط با روش های سنتی چسب، کارایی را افزایش می دهد و در نتیجه فرآیند مونتاژ را ساده می کند.

 

3. برش CNC جداکننده PPS

برش جداکننده خودکار PPS A6-2525 که در 2 آگوست 2{4}}22 مستقر شد، منطقه عملیاتی مؤثر 2500 میلی‌متر × 2500 میلی‌متر را ارائه می‌کند. این کاتر با داشتن موقعیت مادون قرمز، ریل های راهنمای خطی با دقت بالا و پینیون ها، دقت برش را در 0.5 ± میلی متر به دست می آورد. مجهز به فن 12.5 کیلوواتی برای جذب خلاء، با صاف کردن جداکننده، برش مداوم را تضمین می کند. یک دستگاه تغذیه خودکار تغذیه و برش بدون سرنشین را تسهیل می کند، زیرا جداکننده صاف به طور یکپارچه به ایستگاه برش منتقل می شود.

 

4. فرآیند جوشکاری لیزری الکترود

دستگاه جوش لیزری الکترود خودکار که از 2{5}}22 دسامبر کار می‌کند، دارای کنترل PLC و سازگاری برای الکترودهای 1{9}} 00 تا 2500 میلی‌متر است. با استفاده از واحد جوش لیزری مداوم 1500 وات یا بالاتر، جوشکاری دقیق با حداقل ناهمواری محور Z را تضمین می کند. میز دوار که کمتر از 0.5 میلی متر روی محور Z جابجا می شود، ثبات فاصله کانونی را در طول جوشکاری حفظ می کند. طراحی قوس مانند بلوک پرس به طور کامل قطعات را ایمن می کند، در حالی که برنامه ریزی آزمایشی امکان پرش خودکار بخش های توخالی را در حین جوشکاری فراهم می کند. جوشکاری لیزری با سیم پرکننده دقت 0.5 ± میلی‌متر، ایجاد درزهای جوشکاری یکنواخت، ظریف و صاف را با سطح روشن و سفید تضمین می‌کند.

تگ های محبوب: الکترولیز هیدروژن پم، تولید کنندگان، تامین کنندگان، الکترولیز هیدروژن پم چین, PEM GROEN HIDROGEN ELEKTROLYSER, elektrolitiese produksie van groen waterstof, Plug Power PEM Electrolyzer, elektroliser gekombineer met hernubare energie vir skoon waterstof, Waterelektrolise PEM, doeltreffende elektroliser vir hoogs doeltreffende skoon waterstof