Vodikova ćelija je uređaj koji se koristi za proizvodnju vodika elektrolizom vode. Ovisno o elektrolitu, elektrolitičke ćelije mogu se podijeliti u nekoliko glavnih tipova, uključujući alkalne elektrolitičke ćelije, elektrolitičke ćelije s membranom za izmjenu protona (PEM) i elektrolitičke ćelije s čvrstim oksidom (SOEC). Slijedi detaljan opis glavnih vrsta:
1. Alkalni elektrolizator
princip rada
elektrolit:Obično se kao elektrolit koristi otopina kalijevog hidroksida (KOH) ili natrijevog hidroksida (NaOH).
Anodna reakcija:Na anodi se molekule vode oksidiraju u kisik, protone i elektrone: 4OH−→2H2O+O2+4e−
Katodna reakcija:Na katodi molekule vode reagiraju s elektronima stvarajući vodikove i hidroksidne ione: 2H2O+2e−→H2+2Oh−
Prednosti
Zrela tehnologija:Zrela tehnologija, široko korištena, ima dugogodišnje iskustvo industrijske primjene.
Niska cijena:Troškovi opreme i održavanja su relativno niski.
2. Elektrolizator s membranom za izmjenu protona (PEM).
Princip rada
elektrolit:Koristite membranu za izmjenu protona (kao što je Nafion) kao elektrolit.
Anodna reakcija:Na anodi se molekule vode oksidiraju u kisik, protone i elektrone: 2H2O→O2+4H++4e−
Katodna reakcija:Na katodi protoni prolaze kroz membranu i spajaju se s elektronima u plin vodik: 4H++4e−→2H2
Prednosti
Visoka efikasnost:Veća učinkovitost od alkalnog elektrolizatora.
Brzi odgovor:Može se brzo pokrenuti i zaustaviti, pogodan za kombinaciju s povremenom obnovljivom energijom.
Kompaktan dizajn:Uređaj je kompaktniji za male i distribuirane aplikacije.
Nedostaci
Visoka cijena:Visoka cijena membrana i katalizatora (obično platine ili iridija).
Visoki zahtjevi za kvalitetu vode:potrebna je voda visoke čistoće kako bi se izbjeglo onečišćenje membrane.
3. Elektrolizator krutog oksida (SOEC)
Princip rada
elektrolit:Koristite krute okside (npr. cirkonijev oksid stabiliziran itrijevim oksidom, YSZ) kao elektrolite.
Anodna reakcija:Na anodi se ioni kisika oksidiraju u kisik i elektrone: O2−→O2+4e−
Katodna reakcija:Na katodi molekule vode reagiraju s elektronima stvarajući ione vodika i kisika: 2H2O+4e−→2H2+2O2−
Prednosti
Visoka efikasnost:Maksimalna teoretska učinkovitost, posebno na visokim temperaturama (obično 700-1000 stupnjeva).
Reverzibilnost:Može se prebacivati između načina rada elektrolize i gorivnih ćelija za pohranu energije.
Nedostaci
Rad na visokoj temperaturi:Potreban je rad na visokim temperaturama, s visokim zahtjevima za dizajn materijala i sustava.
Tehnologija nije zrela:Još uvijek je u fazi istraživanja i razvoja te demonstracije i još nije komercijaliziran u velikoj mjeri.
Polje primjene
1. Industrijska proizvodnja vodika: naširoko se koristi u potražnji vodika u kemijskoj industriji, industriji rafiniranja nafte, industriji gnojiva i drugim industrijama.
2.Skladištenje energije: Pretvaranje obnovljivih izvora energije (kao što su sunce i vjetar) u skladište vodika za uravnoteženje opterećenja mreže.
3. Prijevoz: Infrastruktura opskrbe vodikom za vozila na vodikove gorivne ćelije (FCEV).
vizija budućnosti
Uz tehnološki napredak i smanjenje troškova, tehnologija proizvodnje vodika igrat će sve važniju ulogu u promicanju razvoja čiste energije i smanjenju emisije ugljika. Istraživači i tvrtke rade na poboljšanju učinkovitosti elektrolizatora, smanjenju troškova i razvoju trajnijih i učinkovitijih materijala kako bi potaknuli razvoj ovog područja.
