Hybridsyre-alkalisk vandelektrolyse er en ny elektrokemisk teknologi. Det laver brintgas af vand. Det fungerer anderledes end traditionel vandelektrolyseteknologi. Traditionelle elektrolysesystemer bruger kun én type elektrolyt. De kører med enten alkaliske forhold eller sure forhold inde i hele elektrolysecellen. Hybrid syre-alkalisk vandelektrolyse bruger to separate elektrolytter. Et cellekammer rummer en sur opløsning. Det andet cellekammer rummer en alkalisk opløsning. En speciel membran sidder mellem de to kamre. Denne membran forhindrer syre og alkali i at neutralisere hinanden.
Denne specielle opsætning lader hver halve kemiske reaktion ske i sin bedste pH-tilstand. Hydrogenudviklingsreaktionen (HER) sker i det sure kammer. HER-reaktionen kører hurtigere i sure væskemiljøer. Iltudviklingsreaktionen (OER) sker i det alkaliske kammer. OER-reaktionen kører hurtigere i alkaliske væskemiljøer. Enhver kemisk reaktion fungerer under gunstige kinetiske forhold.
De to kamre har forskellige pH-værdier. Denne forskel danner en kemisk potentialgradient. Denne gradient ændrer det reversible brintelektrodepotentiale på begge elektroder. Denne ændring sænker den eksterne spænding, der er nødvendig for at opdele vandmolekyler. Systemet kombinerer kemisk potentiel energi og elektrisk energi. Denne kombination reducerer processens samlede energiforbrug.
Nøglekomponenter i systemet
Bipolær membran (BPM). BPM er kernedelen af systemet. Den har et kationbytterlag (CEL) og et anionbytterlag (AEL). De to lag binder sammen. En vanddissociationskatalysator forbliver ved samlingen af de to lag. BPM producerer protoner og hydroxidioner under omvendt-biaspolarisering. Protoner bevæger sig ind i det sure kammer. Hydroxidioner bevæger sig ind i det alkaliske kammer. BPM'en holder den stabile pH-gradient inde i elektrolysecellen.
Elektroder. Anoden placeres i det alkaliske kammer. Anoden understøtter OER-reaktionen. Nikkel-baserede materialer er det almindelige basismateriale for anoder. Nikkelvævet mesh er en pålidelig platform til elektrodearbejde. Katoden anbringes i det sure kammer. Katoden understøtter HER-reaktionen. Bifunktionelle elektrokatalysatorer kan drive både HER- og OER-reaktioner. Kobolt-nikkelphosphid nanotrådselektroder har denne bifunktionelle ydeevne.
Ydeevne fordele
Mange forskningstest viser, at denne teknologi har bedre arbejdsydelse. Dens brintproduktionshastighed er fire gange højere end traditionel alkalisk elektrolyse ved 2,2 V. Dens energiforbrug falder med omkring 30 % ved en strømtæthed på 200 mA/cm². Systemet når en strømtæthed på 200 mA/cm² med kun 1,39 V cellespænding. Denne ydeevne er bedre end de fleste traditionelle vandelektrolysatorer. Den BPM-baserede asymmetriske vandelektrolyse er et godt alternativ til traditionelle protonudvekslingsmembransystemer og anionbyttermembransystemer.
Denne teknologi understøtter stor-elektrolysatordesign og -produktion. Det tillader fleksible justeringer af elektrolytsammensætningen. Systemet kan arbejde med de nyeste avancerede elektrokatalysatorer. Systemet har en stabil-arbejdsevne på lang sigt. En enkelt cirkulerende elektrolysator kører stabilt i over 25 timer. Det holder en strømtæthed på 10 mA/cm² ved 1.550 V. Systemet kan også arbejde med solenergi ved en spænding på 0,908 V.
