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武漢電弛新能源有限公司
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高壓PEM電解槽技術(shù)如何向前突破?這項研究測試非常重要

時間:2025/2/26閱讀:179
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2025年,綠氫產(chǎn)業(yè)全面提速。經(jīng)過2024年的推廣政策落地、示范項目投產(chǎn)以及制氫成本下探的多重驅(qū)動下,整個行業(yè)步入加速放量的階段。以“小標(biāo)方、超高壓"技術(shù)路線為代表的高壓PEM電解槽迎來布局機會。


高壓PEM電解槽技術(shù)可以減少壓縮設(shè)備的投資,直接對接高壓儲氫罐,有效降低制氫能耗成本,產(chǎn)氫效率也非常高。但是高壓PEM電解槽技術(shù)也面臨著材料強度、密封設(shè)計、安全問題等諸多挑戰(zhàn)。


高壓PEM電解槽研究如何向前突破?有一項研究測試非常重要。


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膜電極的氣體滲透測試研究

目前,高壓PEM 電解堆已實現(xiàn)商業(yè)化,但由于膜的吸水特性,在高壓 PEM 電解堆運行過程中,仍存在氣體滲透問題。

PEM電解槽在運行過程中,陰極的一端的氫氣穿過PEM滲透到陽極的一端,形成“氫氧互串"的問題,當(dāng)氧中氫濃度超過限值,就可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸安全事故。

熱力學(xué)的“菲克定律"和“亨利定律"解釋了氣體滲透的基本理論。當(dāng)外界的壓力、溫度不同時,可以影響擴散系數(shù)和溶解度,對氣體滲透率產(chǎn)生影響。

研究表明,氫氣由濃差極化引起的由高濃度(陰極側(cè))向低濃度(陽極側(cè))擴散,氣體滲透問題主要受PEM厚度、溫度、電流密度等因素的影響。比如,膜電極的PEM越厚,氣體滲透問題就越小,但PEM增厚又會增加電阻,降低電解制氫性能。

應(yīng)用高壓PEM電解槽測試臺展開膜電極的氣體滲透問題研究,用試驗測量的方法,模擬電解制氫運行時的溫度、壓力等條件,全面評估各類參數(shù)對滲透的影響,分析不同運行電流密度下的氣體滲透行為,探索膜電極的氣體滲透機理。進而探索開發(fā)既能降低串氣風(fēng)險、又能提升制氫性能的新型膜電極產(chǎn)品。


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氧中氫/氫中氧 檢測能力

電解槽在運行過程中,較高電流密度下,電解效率更高,水分子充分轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣,氣體滲透情況會減緩,此時氧中氫濃度處于較低水平。

然而,隨著電流密度不斷提高,電化學(xué)反應(yīng)越發(fā)劇烈,氫含量越高,導(dǎo)致溶解的過飽和度升高,反而會加劇氫氣滲透。

同理,氫氣中混入了過多的氧氣,就意味著電解反應(yīng)不充分或存在問題。氧氣濃度超過一定的范圍時,氫氧混合氣體的燃燒性就會大大增強,從而使整個設(shè)備變得不安全。

一般來說,氧氣中氫氣的含量應(yīng)小于4%VOL,以達到安全標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)實中,在2%(標(biāo)準(zhǔn)值的50%)就會有安全預(yù)警。

一邊是要合理的電流密度提升電解效率,另一邊要控制氧中氫濃度保證運行安全,科研人員要如何科學(xué)決策呢?依據(jù)就是電解槽設(shè)備的高精度氧中氫/氫中氧檢測能力。

武漢電弛新能源有限公司研發(fā)的DC780系列PEM電解槽測試臺具備高精度氧中氫/氫中氧檢測能力,儀器應(yīng)用先進的傳感器實時監(jiān)測氧氣流量、氫氣流量,并提供氣相色譜分析裝置,更好地監(jiān)測氧中氫的濃度,為保證科研人員安全,助力實驗完成。

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