清潔で持続可能なエネルギーソリューションの探求において、プロトン交換膜（PEM）の水電子剤は、緑の水素を生産するための重要な技術として浮上しています。 PEM Water Electrolysersの大手サプライヤーとして、私はこれらのシステムの最大水素生産能力についてよく尋ねられます。このブログ投稿では、PEM Water Electrolysersの水素生産能力に影響を与える要因を掘り下げ、最大の達成可能な生産の観点からの現在の状態 - アートを探索します。
PEM水電解の理解
PEM Water Electrolysersは、電気を使用して水（H₂O）を水素（H₂）と酸素（O₂）に分割するデバイスです。 PEMエレクトロリザーのコアはプロトン交換膜です。これにより、電極で生成された水素と酸素ガスを分離しながら、プロトンが通過できます。この技術は、効率の向上、応答時間の速度、高圧で動作する能力など、従来のアルカリエレクトロライザーよりもいくつかの利点を提供します。
PEM水電子剤の基本的な反応は、次のように発生します。
アノードで：（2h_ {2} o \ rightArrow o_ {2}+4h^{+}+4e^{ - }）
カソードで：（4h^{+}+4e^{ - } \ rightArrow 2h_ {2}）
全体的な反応は（2h_ {2} o \ rightArrow 2h_ {2}+o_ {2}）です。
水素生産能力に影響する要因
PEM水電子剤の水素生産能力は、いくつかの重要な要因の影響を受けます。
1。セルの設計と構成
エレクトロライザー細胞の設計は、水素産生速度を決定する上で重要な役割を果たします。電極の表面積、膜の厚さ、および反応物と産物の流れチャネルはすべて、電気化学反応の効率に影響します。一般に、より大きな電極表面積により、より多くの水分子を分割することで、水素産生速度が高くなります。
2。電気入力
エレクトロリザーに供給される電気の量は、水素生産に直接比例します。ファラデーの電解法則によると、電極中に電極で生成される物質の質量は、電解質を通過する電気の量に比例します。電流が高いほど、水分子のより迅速な分裂につながり、水素産生が増加する可能性があります。ただし、過剰な電流が過熱、膜分解、およびその他の問題を引き起こす可能性があるため、電流を適用できる量には制限があります。
3。温度と圧力
エレクトロライザーの動作温度と圧力は、水素生産にも影響します。より高い温度は一般に反応動態を増加させ、電気化学反応をより速く発生させます。ただし、高温が膜分解やその他の安定性の問題を引き起こす可能性があります。高い圧力で動作すると、生成された水素の密度が増加し、下流の追加の圧縮が必要になります。しかし、高圧力操作には、より堅牢な機器設計も必要です。
4。水質
エレクトロライザーで使用される水の品質が不可欠です。水中の不純物は、電極に堆積し、効率を低下させ、潜在的にエレクトロライザーに長期的な損傷を引き起こす可能性があります。最適なパフォーマンスを確保するために、通常、高純度の水が必要です。
現在の最大水素生産容量
近年、PEM Water Electroolyserテクノロジーの大幅な進歩が行われており、最大の水素生産能力が向上しました。
小規模の実験室では、PEM電解剤を拡張する場合、水素生産能力は、時速数標準リットル（SLH）から数百SLHまでの範囲です。これらのユニットは、研究や小規模なデモンストレーションプロジェクトによく使用されます。
産業規模では、最新のPEMエレクトロリザーは、はるかに高い生産率を達成できます。最新の商用システムの一部は、1日あたり数百キログラムの水素を生産することができます。たとえば、プラグパワーPEM Electrolyzerは、さまざまな産業用途向けに高い容量の水素生産を提供する状態です。
また、さらに多くの水素を生産することを目的とした、開発中の大規模なPEM電解植物もあります。これらの植物は、多くの場合、全体的な生産能力を高めるために並行して接続された複数のエレクトロライザースタックで構成されています。200ペム電解器は、大規模な水素生産施設に統合できる高容量システムの例です。
水素生産の拡大
緑の水素に対する需要の高まりを満たすために、PEM水電子剤の生産能力を拡大することが重要な課題です。 1つのアプローチは、個々のエレクトロライザー細胞またはスタックのサイズを増やすことです。ただし、これは、熱管理、ガス分布、および電気バランスに関連するエンジニアリングの課題につながる可能性があります。
別の戦略は、複数のエレクトロライザーユニットを並行して接続することです。これにより、水素生産施設のモジュール拡張が可能になり、需要に基づいて生産能力の調整が容易になります。PEM電解システム水素生産の柔軟なスケーリングを可能にするモジュラー設計を提供します。
将来の見通し
PEM Water Electrolysersの将来は有望に見えます。継続的な研究開発の取り組みは、コストを削減しながら最大水素生産能力を高めることに焦点を当てています。効率と耐久性を改善するために、電極と膜の新しい材料が調査されています。さらに、システム設計および制御アルゴリズムの進歩は、大規模でのPEMエレクトロライザーの動作を最適化するのに役立ちます。
再生可能電力のコストが減少し続けるにつれて、PEM水電子剤を使用したグリーン水素生産の経済性がより魅力的になります。これにより、輸送、エネルギー貯蔵、産業プロセスなど、さまざまなセクターでPEMエレクトロリザーの採用が促進されています。
結論
PEM水電子剤の最大水素生産能力は、細胞設計、電気入力、温度、圧力、水質など、複数の要因の関数です。現在の商用システムは1日あたり数百キログラムの水素を生成できますが、進行中の研究開発は境界をさらに押し上げることが期待されています。
PEMウォーターエレクトロリザーのサプライヤーとして、私たちは、顧客の多様なニーズを満たすために、高品質で高容量のシステムを提供することを約束しています。 PEM Water Electroolysersについて詳しく知りたい場合や、水素生産プロジェクトを検討している場合は、詳細な議論のために私たちに連絡し、特定の要件に最適なソリューションを調査することをお勧めします。
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。ワイリー。
- Larminie、J。、およびDicks、A。（2003）。説明した燃料電池システム。ワイリー。
- Schalenbach、J。、およびStoltten、D。（2016）。 PEM水電解：電気触媒からスタックテクノロジーまで。 Electrochimica Acta、213、263-272。
