Vodíkový článok je zariadenie používané na výrobu vodíka elektrolýzou vody. V závislosti od elektrolytu možno elektrolytické články rozdeliť do niekoľkých hlavných typov, vrátane alkalických elektrolytických článkov, elektrolytických článkov s protónovou výmennou membránou (PEM) a elektrolytických článkov s pevným oxidom (SOEC). Nasleduje podrobný popis hlavných typov:
1. Alkalický elektrolyzér
pracovný princíp
- Elektrolyt:Zvyčajne sa ako elektrolyt používa roztok hydroxidu draselného (KOH) alebo hydroxidu sodného (NaOH).
- Anódová reakcia:Na anóde sa molekuly vody oxidujú na kyslík, protóny a elektróny: 4OH−→2H2O+O2+4e−
- Katódová reakcia:Na katóde reagujú molekuly vody s elektrónmi za vzniku vodíkových a hydroxidových iónov: 2H2O+2e−→H2+2Aha−
Výhody
- Vyspelá technológia:Vyspelá technológia, široko používaná, má dlhoročné skúsenosti s priemyselnou aplikáciou.
- Nízke náklady:Náklady na vybavenie a údržbu sú relatívne nízke.
2. Elektrolyzér s protónovou výmennou membránou (PEM).
Pracovný princíp
- Elektrolyt:Ako elektrolyt použite membránu na výmenu protónov (napríklad Nafion).
- Anódová reakcia:Na anóde sa molekuly vody oxidujú na kyslík, protóny a elektróny: 2H2O→O2+4H++4e−
- Katódová reakcia:Na katóde prechádzajú protóny cez membránu a spájajú sa s elektrónmi za vzniku plynného vodíka: 4H++4e−→2H2
Výhody
- Vysoká účinnosť:Vyššia účinnosť ako alkalický elektrolyzér.
- Rýchla odpoveď:Môže sa rýchlo spustiť a zastaviť, vhodné na kombináciu s prerušovanou obnoviteľnou energiou.
- Kompaktný dizajn:Zariadenie je kompaktnejšie pre malé a distribuované aplikácie.
Nevýhody
-
Vysoká cena:Vysoké náklady na membrány a katalyzátory (zvyčajne platina alebo irídium).
-
Požiadavky na vysokú kvalitu vody:je potrebná vysoká čistota vody, aby sa zabránilo znečisteniu membrány.
3. Elektrolyzér pevných oxidov (SOEC)
Pracovný princíp
- Elektrolyt:Ako elektrolyty používajte pevné oxidy (napr. oxid zirkoničitý stabilizovaný oxidom ytritým, YSZ).
- Anódová reakcia:Na anóde sa ióny kyslíka oxidujú za vzniku kyslíka a elektrónov: O2−→O2+4e−
- Katódová reakcia:Na katóde reagujú molekuly vody s elektrónmi za vzniku vodíkových a kyslíkových iónov: 2H2O+4e−→2H2+2O2−
Výhody
- Vysoká účinnosť:Maximálna teoretická účinnosť, najmä pri vysokých teplotách (zvyčajne 700-1000 stupeň ).
- Reverzibilita:Dokáže prepínať medzi režimom elektrolýzy a palivových článkov na skladovanie energie.
Nevýhody
- Prevádzka pri vysokej teplote:Vyžaduje sa vysokoteplotná prevádzka s vysokými požiadavkami na materiál a dizajn systému.
- Technológia nie je vyspelá:Je stále v štádiu výskumu, vývoja a demonštrácie a ešte nebol vo veľkom komerčne využitý.
Oblasť aplikácie
1.Priemyselná výroba vodíka: Široko sa používa pri dopyte po vodíku v chemickom priemysle, rafinácii ropy, hnojív a iných priemyselných odvetviach.
2. Skladovanie energie: Premena obnoviteľných zdrojov energie (ako je slnečná a veterná) na skladovanie vodíka na vyrovnávanie zaťaženia siete.
3.Doprava: Infraštruktúra dodávky vodíka pre vozidlá s vodíkovými palivovými článkami (FCEV).
2. Skladovanie energie: Premena obnoviteľných zdrojov energie (ako je slnečná a veterná) na skladovanie vodíka na vyrovnávanie zaťaženia siete.
3.Doprava: Infraštruktúra dodávky vodíka pre vozidlá s vodíkovými palivovými článkami (FCEV).
vízia budúcnosti
S technologickým pokrokom a znižovaním nákladov bude technológia výroby vodíka hrať čoraz dôležitejšiu úlohu pri podpore rozvoja čistej energie a znižovaní emisií uhlíka. Výskumníci a spoločnosti pracujú na zlepšení účinnosti elektrolyzérov, znižovaní nákladov a vývoji odolnejších a efektívnejších materiálov na podporu rozvoja tejto oblasti.
