Hybridsyra-elektrolys av alkaliskt vatten är en ny elektrokemisk teknik. Den gör vätgas av vatten. Det fungerar annorlunda än traditionell vattenelektrolysteknik. Traditionella elektrolyssystem använder endast en typ av elektrolyt. De körs med antingen alkaliska eller sura förhållanden inuti hela elektrolyscellen. Hybridsyra-elektrolys av alkaliskt vatten använder två separata elektrolyter. En cellkammare innehåller en sur lösning. Den andra cellkammaren innehåller en alkalisk lösning. Ett speciellt membran sitter mellan de två kamrarna. Detta membran hindrar syran och alkali från att neutralisera varandra.
Denna speciella inställning låter varje halva kemiska reaktionen ske i sitt bästa pH-tillstånd. Väteutvecklingsreaktionen (HER) sker i den sura kammaren. HER-reaktionen går snabbare i sura vätskemiljöer. Syreutvecklingsreaktionen (OER) sker i den alkaliska kammaren. OER-reaktionen går snabbare i alkaliska vätskemiljöer. Varje kemisk reaktion fungerar under gynnsamma kinetiska förhållanden.
De två kamrarna har olika pH-värden. Denna skillnad bildar en kemisk potentialgradient. Denna gradient ändrar den reversibla väteelektrodpotentialen på båda elektroderna. Denna förändring sänker den externa spänningen som behövs för att dela vattenmolekyler. Systemet kombinerar kemisk potentiell energi och elektrisk energi. Denna kombination minskar processens totala energianvändning.
Huvudkomponenter i systemet
Bipolärt membran (BPM). BPM är kärnan i systemet. Den har ett katjonbytarskikt (CEL) och ett anjonbytarskikt (AEL). De två skikten binder samman. En vattendissociationskatalysator stannar vid skarven mellan de två skikten. BPM producerar protoner och hydroxidjoner under omvänd-biaspolarisering. Protoner flyttar in i den sura kammaren. Hydroxidjoner rör sig in i den alkaliska kammaren. BPM håller den stabila pH-gradienten inuti elektrolyscellen.
Elektroder. Anoden placeras i den alkaliska kammaren. Anoden stödjer OER-reaktionen. Nickel-baserade material är det vanliga basmaterialet för anoder. Nickelvävt nät är en pålitlig plattform för elektrodarbete. Katoden placeras i den sura kammaren. Katoden stödjer HER-reaktionen. Bifunktionella elektrokatalysatorer kan driva både HER- och OER-reaktioner. Kobolt-nickelfosfid nanotrådselektroder har denna bifunktionella prestanda.
Prestandafördelar
Många forskningstester visar att denna teknik har bättre arbetsprestanda. Dess väteproduktionshastighet är fyra gånger högre än traditionell alkalisk elektrolys vid 2,2 V. Dess energianvändning sjunker med cirka 30 % vid en strömtäthet på 200 mA/cm². Systemet når en strömtäthet på 200 mA/cm² med endast 1,39 V cellspänning. Denna prestanda är bättre än de flesta traditionella vattenelektrolysatorer. Den BPM-baserade asymmetriska vattenelektrolysen är ett bra alternativ till traditionella protonbytesmembransystem och anjonbytarmembransystem.
Den här tekniken stöder stor-elektrolysatordesign och -produktion. Det möjliggör flexibla justeringar av elektrolytsammansättningen. Systemet kan fungera med de senaste avancerade elektrokatalysatorerna. Systemet har en stabil-arbetsförmåga. En enda cirkulerande elektrolysator går stabilt i över 25 timmar. Det håller en strömtäthet på 10 mA/cm² vid 1,550 V. Systemet kan även arbeta med solenergi vid en spänning på 0,908 V.
