양성자 교환막 전기 분해( 전기분해)를 사용합니다양성자 교환막전해질로서, 양극과 음극에서 다음과 같은 화학 반응이 발생합니다.
양극:
2H2O → O2 + 4H⁺ + 4e⁻
음극:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
전기분해는 효율적입니다물 전기 분해물을 수소와 산소로 분리하는 데 주로 사용되는 기술입니다. 전기분해 장치는 전해조와 보조 시스템으로 구성되며, 전해조의 핵심 구성 요소에는 멤브레인 전극, 가스 확산층 및 양극판이 포함됩니다. 멤브레인 전극은 멤브레인 전극의 핵심 구성 요소 중 하나입니다.양성자 교환막전기분해 장치. 양성자 교환막()는 양쪽에 촉매층으로 코팅되어 막 전극을 형성합니다. 음극 촉매는 일반적으로 백금 기반 촉매로,연료 전지, 효과적으로 촉진합니다수소 생성. 양극 촉매에 대한 요구 사항은 양극 측의 강한 산화 환경으로 인해 더욱 엄격합니다. 산소 발생 반응에는 산화 방지 및 부식 방지 촉매 재료의 사용이 필요합니다. 현재 이리듐(), 루테늄() 및 이들의 산화물(예: ₂ 및 ₂)이 가장 일반적으로 사용되는 양극 촉매입니다. 이러한 재료는 뛰어난 안정성과 촉매 성능을 나타내며 높은 전류 밀도에서 양호한 전기 분해 효율을 유지합니다.
그만큼양성자 교환막()중요한 역할을 한다 전기분해장치. 일반적으로 사용되는 소재에는 115 및 117과 같은 시리즈가 있으며, 이는 높은 양성자 전도도와 화학적 안정성을 가지고 있어 가스를 효과적으로 분리하고 양성자를 전도합니다. 양성자 교환 막이 얇기 때문에 저항이 낮아 전기 분해 장치가 막 양쪽에서 엄격한 압력 제어 없이도 높은 전류와 압력을 견딜 수 있습니다. 게다가 전기 분해 장치는 빠르게 시작 및 중지할 수 있어 전력 조정에 빠르게 대응하여 재생 에너지원의 변동 입력에 적합합니다.
가스 확산층()은 전기분해 장치의 또 다른 중요한 구성 요소입니다. GDL은 일반적으로 귀금속으로 코팅된 다공성 티타늄 기반 재료로 만들어지며, 이는 우수한 전도도와 기계적 강도를 제공할 뿐만 아니라 균일한 가스 확산 경로를 제공하여 전기분해 효율과 가스 생산을 향상시킵니다.
전기분해기술은 많은 장점이 있습니다. 첫째, 양성자 교환막의 높은 양성자 전도도와 낮은 저항으로 인해 전해조는 높은 전류 밀도에서 작동하여 수소 생산을 증가시킬 수 있습니다. 둘째, 전해 장치의 컴팩트한 구조는 높은 전력 밀도를 가능하게 하여 제한된 공간에서 상당한 수소 생산을 가능하게 합니다. 또한 전해 장치는 빠르게 시작하고 멈출 수 있어 재생 에너지 발전의 가변성에 적응하여 녹색 수소 생산을 위한 풍력 및 태양 에너지와 통합하는 데 특히 적합합니다.
하지만, 전기분해기술도 몇 가지 과제에 직면합니다. 첫 번째는 촉매 비용, 특히 애노드 촉매에 필요한 이리듐 및 루테늄과 같은 값비싼 귀금속으로 인해 대규모 적용이 제한됩니다. 또한, 촉매의 내구성과 화학적 안정성양성자 교환막그리고 가스 확산층은 추가 연구와 최적화가 필요합니다. 재료 과학과 제조 기술의 지속적인 발전으로 이러한 문제는 미래에 점진적으로 해결될 것으로 생각됩니다.
결론적으로, 전기분해기술은 수소 생산에서 상당한 잠재력을 보여주며, 특히 재생 에너지 생산과 함께 사용하면 뚜렷한 이점을 제공합니다. 지속적인 기술 개선과 최적화를 통해 전기 분해는 미래에 녹색 수소 생산을 위한 주류 기술 경로 중 하나가 될 것으로 예상되며, 깨끗한 에너지의 홍보와 응용에 중요한 기여를 할 것입니다.
