Progresso da tecnologia de produção de hidrogênio e análise econômica - Produção de hidrogênio em célula eletrolítica alcalina

A produção de hidrogênio em células alcalinas é uma tecnologia de produção de hidrogênio eletrolítico relativamente madura. A célula alcalina é segura e confiável, com vida útil de 15 anos e tem sido amplamente utilizada comercialmente.A eficiência de funcionamento da pilha alcalina é geralmente 42% ~ 78%.Nos últimos anos, as células eletrolíticas alcalinas progrediram em dois aspectos principais. Por um lado, a eficiência melhorada da célula foi melhorada e os custos operacionais associados ao consumo de eletricidade foram reduzidos.Por outro lado, a densidade de corrente operacional aumenta e o custo de investimento diminui.

O princípio de funcionamento do eletrolisador alcalino é mostrado na figura.A bateria consiste em dois eletrodos separados por um diafragma hermético.O conjunto da bateria é imerso em uma alta concentração de eletrólito líquido alcalino KOH (20% a 30%) para maximizar a condutividade iônica. Soluções de NaOH e NaCl também podem ser usadas como eletrólitos, mas não são comumente usadas. A principal desvantagem dos eletrólitos é que eles são corrosivos.A célula opera a uma temperatura de 65 °C a 100 °C. O cátodo da célula produz hidrogênio, e o OH - resultante flui através do diafragma para o ânodo, onde se recombina para produzir oxigênio.

Células eletrolíticas alcalinas avançadas são adequadas para produção de hidrogênio em larga escala. Células eletrolíticas alcalinas feitas por alguns fabricantes têm capacidade de produção de hidrogênio muito alta (500 ~ 760Nm3/h), com consumo de energia correspondente de 2150 ~ 3534kW.Na prática, para evitar a criação de misturas de gases inflamáveis, o rendimento do hidrogênio é limitado a 25% a 100% da faixa nominal, a densidade de corrente máxima permitida é de cerca de 0,4A/cm2, a temperatura operacional é de 5 a 100°C, e a pressão eletrolítica máxima está próxima de 2,5 a 3,0 MPa.Quando a pressão eletrolítica é muito alta, o custo de investimento aumenta e o risco de formação de mistura de gases prejudiciais aumenta significativamente.Sem qualquer dispositivo de purificação auxiliar, a pureza do hidrogênio produzido pela eletrólise de células alcalinas pode chegar a 99%.A água eletrolítica da célula eletrolítica alcalina deve ser pura, a fim de proteger o eletrodo e operação segura, a condutividade da água é inferior a 5S/cm.