PEM水電解システムの性能を測定する方法
水電解PEMシステムのサプライヤーとして、私はこれらのシステムのパフォーマンスを正確に測定することの重要性を理解しています。プロトン交換膜（PEM）水電解は、燃料電池、化学合成、エネルギー貯蔵などのさまざまな用途に不可欠な高純度水素を生産するための有望な技術です。このブログ投稿では、PEM水電解システムの性能を測定するための重要なパラメーターと方法について説明します。
キーパフォーマンスパラメーター
1。水素生産率
水素生産率は、PEM水電解システムの最も重要な性能指標の1つです。通常、1分あたりの標準リットル（SLPM）または1時間の立方メートル（m³/h）で測定されます。水素生産速度は、電流密度、細胞電圧、電気分解プロセスの効率など、いくつかの要因に依存します。
水素生産速度を測定するために、電気分解システムの水素出口に設置されたフローメーターを使用できます。信頼できる測定を確保するために、フローメーターを正確に調整する必要があります。さらに、これらの要因がガスの体積に影響を与える可能性があるため、水素ガスの温度と圧力を記録する必要があります。
2。効率
効率は、PEM水電解システムのパフォーマンスを評価するためのもう1つの重要なパラメーターです。エネルギー効率、ファラダ効率、全体的な効率など、考慮できる効率にはいくつかの種類があります。
-
エネルギー効率：エネルギー効率は、生成された水素のエネルギー含有量と電気エネルギー入力の比率として定義されます。次の式を使用して計算されます。
[\ eta_ {Energy} = \ frac {\ delta h_ {f} \ times n_ {h_ {2}}} {u \ times i \ times t}]
ここで、（\ delta h_ {f}）は水素の形成の熱であり、（n_ {{{2}}）は生成される水素のモル数、（u）は細胞電圧、（i）は電流であり、（t）は時間です。 -
ファラダ効率：ファラダ効率は、システムを通過する電荷の量に基づいて生成できる理論的量の水素と生成される実際の水素の量の比率を測定します。次のように計算されます。
[\ eta_ {faradaic} = \ frac {n_ {h_ {2}、altual}} {n_ {h_ {2}、理論}} \ times100％]
高いファラダ効率は、副反応ではなく、水素の生産には電荷のほとんどが使用されていることを示しています。 -
全体的な効率：全体的な効率は、電気の損失、熱損失、および副反応による損失など、システムのすべての損失を考慮しています。システムのパフォーマンスの包括的な尺度を提供します。
3。セル電圧
セル電圧は、PEM水電解システムのエネルギー消費を反映する重要なパラメーターです。これは、電解細胞の電極に加えられた電圧であり、水分割反応を促進します。セル電圧は、熱力学的ポテンシャル、過ポテンシャル、およびオーム損失を含むいくつかの成分で構成されています。
標準条件での水電力分解の熱力学的ポテンシャルは1.23 Vです。ただし、実際のアプリケーションでは、実際の細胞電圧は過ポテンシャルとオーム損失により高くなります。システムのエネルギー効率を計算するには、細胞電圧を正確に測定することが不可欠です。
4。電流密度
電流密度は、電極の単位面積あたりの電流として定義されます。これは、水素生産速度とPEM水電解システムの効率に大きな影響を与えます。電流密度が高いと一般に、水素生産速度が高くなりますが、システムの効率を低下させる可能性のある過ポテンシャルとオーム損失も増加します。
電流密度を測定するには、電極のシステムとアクティブな領域を通過する電流を知る必要があります。電流は電流計を使用して測定でき、電極の活性領域は電気分解セルの設計に基づいて決定できます。
測定方法
1。電気化学測定
電気化学測定は、PEM水電解システムの性能を測定するために広く使用されています。これらの測定には、周期的なボルタンメトリー、線形掃引ボルタンメトリー、および電気化学インピーダンス分光法（EIS）が含まれます。
- 周期的なボルタンメトリー（CV）：CVは、適用電位の関数として電極の現在の応答を測定する手法です。酸化や水の還元など、電極表面で発生する電気化学反応を研究するために使用できます。
- 線形掃引ボルタンメトリー（LSV）：LSVはCVに似ていますが、周期的なスイープではなく、電位の線形スイープが含まれます。多くの場合、水電気分解反応の開始ポテンシャルとシステムの電流電圧特性を決定するために使用されます。
- 電気化学インピーダンス分光法（EIS）：EISは、PEM水電解システムの電気特性を分析するための強力な手法です。適用された交互の電流の周波数の関数として、システムのインピーダンスを測定します。 EISは、システムのオーム抵抗、電荷移動抵抗、および物質移動抵抗に関する情報を提供できます。
2。ガス分析
ガス分析は、水素産生速度と生成された水素の純度を測定するために不可欠です。ガスクロマトグラフィー（GC）は、ガス混合物の組成を分析するための一般的に使用される技術です。水素、酸素、窒素などのさまざまなガスを分離して定量化できます。
GCに加えて、質量分析や赤外線分光法などの他のガス分析技術を使用して、ガス組成を測定できます。これらの手法は高い感度と精度を提供しますが、多くの場合、より高価で複雑で動作します。
3。温度と圧力の測定
温度と圧力の測定は、PEM水電解システムの安全で効率的な動作を確保するために重要です。電解質と電極の温度は、膜の反応速度と導電率に影響を与える可能性があるため、システムの性能に影響を与える可能性があります。
圧力センサーを使用して、電気分解細胞の出口で水素と酸素ガスの圧力を測定できます。 2つのガス間の適切な圧力バランスを維持することは、ガスのクロスオーバーを防ぎ、システムの安定性を確保するために重要です。
当社のビジネスのパフォーマンス測定の重要性
水電解PEMサプライヤーとして、いくつかの理由で正確な性能測定が不可欠です。まず、製品の品質を確保することができます。 PEM水電解システムの主要なパフォーマンスパラメーターを測定することにより、設計または製造プロセスの問題または非効率性を特定し、是正措置を講じることができます。
第二に、パフォーマンス測定は、当社の製品と競合他社の製品を比較するのに役立ちます。正確で信頼できるパフォーマンスデータを提供することにより、水素生産速度、効率、およびその他の重要なパラメーターの観点から、システムの優位性を実証できます。
最後に、パフォーマンス測定は顧客満足度に重要です。お客様は、PEM水電解システムに依存して、アプリケーション用の高品質の水素を生産しています。詳細なパフォーマンスレポートを提供することで、システムの運用を最適化し、生産目標を達成するのに役立ちます。
あなたが私たちに興味があるなら水素PEMエレクトロリザー、陽子交換膜電解またはPEMスタック電解機製品、そしてあなたの特定の要件と潜在的な調達について話し合いたいと思います。お気軽にお問い合わせください。私たちはあなたのニーズを満たすために、深さの議論に従事させることを喜んでいます。
参照
- Bard、AJ、およびFaulkner、LR（2001）。電気化学的方法：基礎とアプリケーション。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- Larminie、J。、およびDicks、A。（2003）。説明した燃料電池システム。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- O'Hayre、R.、Cha、S.、W.、Collella、W。、＆Prince、FB（2009）。 Fuel Cel Fundals。ジョン・ワイリー＆サンズ。
