Progresso della tecnologia di produzione dell'idrogeno e analisi economica - Produzione di idrogeno in cella elettrolitica alcalina

La produzione di idrogeno da celle alcaline è una tecnologia di produzione di idrogeno elettrolitico relativamente matura. La cella alcalina è sicura e affidabile, con una durata di 15 anni ed è stata ampiamente utilizzata commercialmente.L'efficienza operativa della cella alcalina è generalmente del 42% ~ 78%.Negli ultimi anni, le celle elettrolitiche alcaline hanno compiuto progressi in due aspetti principali. Da un lato, è stata migliorata la migliore efficienza della cella e sono stati ridotti i costi operativi associati al consumo di elettricità.D'altra parte, la densità di corrente operativa aumenta e il costo dell'investimento diminuisce.

Il principio di funzionamento dell'elettrolizzatore alcalino è mostrato nella figura.La batteria è composta da due elettrodi separati da un diaframma a tenuta d'aria.Il gruppo batteria è immerso in un'alta concentrazione di elettrolita liquido alcalino KOH (dal 20% al 30%) per massimizzare la conduttività ionica. Le soluzioni di NaOH e NaCl possono anche essere usate come elettroliti, ma non sono comunemente usate. Il principale svantaggio degli elettroliti è che sono corrosivi.La cella funziona a una temperatura compresa tra 65 °C e 100 °C. Il catodo della cella produce idrogeno e l'OH risultante fluisce attraverso il diaframma fino all'anodo, dove si ricombina per produrre ossigeno.

Le celle elettrolitiche alcaline avanzate sono adatte per la produzione di idrogeno su larga scala. Le celle elettrolitiche alcaline prodotte da alcuni produttori hanno una capacità di produzione di idrogeno molto elevata a (500 ~ 760Nm3/h), con un consumo energetico corrispondente di 2150 ~ 3534kW.In pratica, per evitare la formazione di miscele di gas infiammabili, la resa di idrogeno è limitata dal 25% al ​​100% dell'intervallo nominale, la densità di corrente massima consentita è di circa 0,4 A/cm2, la temperatura di esercizio è compresa tra 5 e 100°C, e la pressione elettrolitica massima è vicina a 2,5-3,0 MPa.Quando la pressione elettrolitica è troppo alta, il costo dell'investimento aumenta e il rischio di formazione di miscele di gas nocive aumenta in modo significativo.Senza alcun dispositivo ausiliario di purificazione, la purezza dell'idrogeno prodotto dall'elettrolisi delle celle alcaline può raggiungere il 99%.L'acqua elettrolitica della cella elettrolitica alcalina deve essere pura, al fine di proteggere l'elettrodo e un funzionamento sicuro, la conduttività dell'acqua è inferiore a 5S/cm.