Электролизер что это такое. Электролизер: устройство, принцип работы и применение в промышленности

Что такое электролизер. Как устроен электролизер. Для чего используются электролизеры в промышленности. Какие виды электролизеров существуют. Как работает электролизер.

Что такое электролизер и как он устроен

Электролизер — это аппарат для проведения электролиза, то есть процесса разложения вещества под действием постоянного электрического тока. Основные элементы конструкции электролизера:

• Корпус — емкость для электролита
• Электроды — катод (отрицательный) и анод (положительный)
• Диафрагма — перегородка, разделяющая катодное и анодное пространства
• Токоподводы — для подключения к источнику постоянного тока
• Системы подачи сырья и отвода продуктов

В зависимости от конструкции различают электролизеры с твердыми и жидкими электродами, с диафрагмой и без нее, монополярные и биполярные.

Принцип работы электролизера

Как работает электролизер? Принцип действия основан на процессе электролиза:

1. В электролизер заливают раствор или расплав электролита
2. Подключают электроды к источнику постоянного тока
3. Под действием тока происходит разложение вещества на составляющие
4. На катоде выделяются положительные ионы (катионы)
5. На аноде — отрицательные ионы (анионы)
6. Продукты электролиза отводятся из аппарата

Таким образом, электрическая энергия преобразуется в химическую энергию получаемых веществ.

Основные виды промышленных электролизеров

В промышленности применяются различные типы электролизеров в зависимости от процесса:

Электролизеры для производства хлора и щелочи

• Диафрагменные — с асбестовой или полимерной диафрагмой
• Ртутные — с жидким катодом из ртути
• Мембранные — с ионообменной мембраной

Электролизеры для получения алюминия

• С обожженными анодами
• С самообжигающимися анодами Содерберга

Электролизеры для получения водорода и кислорода

• Фильтр-прессного типа
• Баковые

Также существуют специальные конструкции для других электрохимических процессов.

Применение электролизеров в промышленности

Электролизеры широко используются в различных отраслях промышленности:

Химическая промышленность

• Производство хлора и каустической соды
• Получение водорода и кислорода
• Синтез хлоратов, перхлоратов
• Производство пероксида водорода

Металлургия

• Получение алюминия, магния, натрия
• Электрорафинирование меди, никеля, цинка
• Электроэкстракция металлов из растворов

Другие отрасли

• Гальванические покрытия
• Электрохимическая обработка металлов
• Очистка сточных вод

Таким образом, электролизеры играют важную роль во многих технологических процессах.

Преимущества и недостатки использования электролизеров

Применение электролизеров имеет ряд достоинств и ограничений:

Преимущества:

• Высокая чистота получаемых продуктов
• Возможность получения веществ в активном состоянии
• Простота управления процессом
• Экологичность (отсутствие вредных выбросов)

Недостатки:

• Высокий расход электроэнергии
• Необходимость использования дорогих электродных материалов
• Сложность конструкции некоторых типов электролизеров

При этом в ряде производств электролиз остается наиболее эффективным методом получения продуктов.

Ключевые параметры работы электролизеров

Эффективность работы электролизера определяется следующими основными показателями:

Выход по току

Это отношение количества фактически полученного продукта к теоретически возможному. Чем выше выход по току, тем эффективнее процесс электролиза.

Напряжение на электролизере

От величины напряжения зависит расход электроэнергии. Стремятся к снижению напряжения при сохранении требуемой производительности.

Плотность тока

Определяет интенсивность процесса. Повышение плотности тока увеличивает производительность, но может снижать выход по току.

Концентрация электролита

Влияет на электропроводность раствора и скорость процесса. Оптимальная концентрация подбирается экспериментально.

Правильный выбор и поддержание этих параметров обеспечивает эффективную работу электролизера.

Перспективы развития электролизеров

Основные направления совершенствования конструкций электролизеров:

• Разработка новых электродных материалов с высокой стойкостью
• Создание эффективных ионообменных мембран
• Оптимизация гидродинамических режимов
• Автоматизация управления процессом электролиза
• Повышение энергоэффективности

Перспективным является создание электролизеров для получения водорода в качестве экологически чистого топлива. Развитие технологий позволит расширить применение электрохимических методов в промышленности.

электролизёр — это… Что такое электролизёр?

электролизёр — электролизёр …   Русское словесное ударение

электролизёр — электролизёр, а …   Русский орфографический словарь

электролизёр — электролизёр …   Словарь употребления буквы Ё

электролизёр — электролизёр, электролизёры, электролизёра, электролизёров, электролизёру, электролизёрам, электролизёр, электролизёры, электролизёром, электролизёрами, электролизёре, электролизёрах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А.… …   Формы слов

ЭЛЕКТРОЛИЗ — совокупность электрохим. процессов, проходящих на электродах, погружённых в электролит, при прохождении по нему электрич. тока. В результате этих процессов в ва, входящие в состав электролита, выделяются в свободном виде. Проводимость… …   Физическая энциклопедия

ЭЛЕКТРОЛИЗ — (греч.) Разложение химических соединений посредством электрического (гальванического) тока на их составные части. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭЛЕКТРОЛИЗ греч. Разложение химических соединений на …   Словарь иностранных слов русского языка

электролиз — а, м. électrolyse f., > нем. Elektrolyse. Разложение веществ при помощи электрического тока на составные элементы (напр. воды на кислород и водород). Павленков 1911. Химический процесс разложения вещества на составные части при прохождении… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

ЭЛЕКТРОЛИЗ — ЭЛЕКТРОЛИЗ, ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ, происходящая при прохождении постоянного тока через ЭЛЕКТРОЛИТ. Процесс заключается в перемещении положительных ионов к отрицательному ЭЛЕКТРОДУ (КАТОДУ) и отрицательных ионов к положительному электроду (АНОДУ).… …   Научно-технический энциклопедический словарь

электролиз — Ток, проходя по жидким проводникам, разлагает их на составные части. Поэтому жидкие проводники называются проводниками второго рода или электролитами в отличие от металлических проводников, которые называются проводниками. Разложение электролитов …   Справочник технического переводчика

ЭЛЕКТРОЛИЗ — ЭЛЕКТРОЛИЗ, процессы электрохимического окисления восстановления, происходящие на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока. Применяется для получения многих веществ (металлов, водорода, хлора и др.), при нанесении… …   Современная энциклопедия

Устройство для электролиза воды: изучение и применение

Актуальность работы

В настоящее время электролизер или активатор воды можно купить в магазине медтехники. В интернете достаточно инструкций и видеороликов по самостоятельному изготовлению аналогичных устройств, а также рецептов применения активированной воды. Возможность изучить процесс электролиза, собрать устройство для электролиза воды и исследовать свойства полученных растворов делает эффект электролиза интересным для изучения.

В настоящее время нет официально подтверждённых результатов использования «живой» и «мёртвой» воды. Изучение и анализ свойств жидкостей, полученных в результате электролиза обычной воды, поможет разобраться в том, насколько действительны утверждения о её особенных свойствах. Для этого необходимо собрать устройство для электролиза воды и с помощью приборов проверить характеристики полученных растворов.

Для доказательства бактерицидных свойств жидкостей необходимо провести опыты по воздействию католита и анолита на живые организмы.

Цель

Собрать устройство для электролиза воды.

Задачи

• Изучить понятие электролиза.
• Узнать, что такое католит и анолит, каковы их физические свойства.
• Изучить электрическую схему устройства для электролиза воды.
• Подобрать необходимые материалы и инструменты для устройства.
• Провести испытания и собрать модель устройства.
• Изучить свойства растворов, полученных в результате электролиза воды.

Описание работы

По итогам работы собран электролизер, после ряда экспериментов получены растворы католита и анолита. Проведены опыты, доказывающие бактерицидные свойства растворов.

Результаты

Выводы

1.      Электролиз воды − физико-химический процесс выделения на электродах ионов водорода и гидроксида. В результате образуется католит-раствор с щелочными свойствами и анолит-раствор с кислотными свойствами.

2.      Для процесса электролиза необходим электролизер − устройство, состоящее из двух электродов, соединённых водяным мостом, и диодного моста, преобразующего переменный ток сети в постоянный.

3.      Получение католита и анолита с заявленными свойствами − нестабильный и долгий процесс.

4.      В результате проведённых опытов доказано, что католит и анолит обладают бактерицидными свойствами.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

Для сборки электролизера были использованы диодный мост с параметрами 10 Ампер и 1000 Вольт, пластины для электродов, капельница и две пластиковые ёмкости.

Для проверки результатов электролиза использован компактный измеритель кислотности (рН-метр) модель РН-107, измеритель окислительно-восстановительного потенциала, модель ORP-2069, солемер (прибор для измерения уровня минерализации) TDS-метр Е-1. Для изучения результатов опытов с микроорганизмами использован цифровой микроскоп.

Награды/достижения

1. Московский городской конкурс, межрайонный этап − призёр.
2. Городской конкурс проектов «Юные техники и изобретатели», городской этап − победитель.
3. Конкурс «ТехноЯрмарка», Московский государственный педагогический университет − I место.

Сотрудничество с вузом при создании работы

—

Перспективы развития результатов работы

Изучение растворов католита и анолита и дальнейшее использование является перспективным по причине экологической безопасности для природы и человека. Открытие новых свойств обычной воды, активированной при помощи электрического тока, без участия химических препаратов, может быть интересным для любой отрасли промышленности.

Особое мнение

«Участвую в проекте третий год, очень нравятся различные форматы проведения.

На конференции всегда позитивная атмосфера, профессиональное и дружелюбное жюри, внимательное отношение к участникам. Проект развивается и помогает расти и развиваться мне»

Компания Endesa планирует реализовать 23 проекта по «зеленому» водороду в Испании общей стоимостью 2,9 млрд евро

Реализация этих проектов внесет решающий вклад в достижение целей первого этапа (2020-2024) водородной дорожной карты, разработанной и запущенной испанским правительством. Все проекты по производству водорода предполагают инвестиции в строительство возобновляемых электростанций, обеспечивающих электроснабжение электролизеров. Однако это не единственное их назначение, так как они могут выдавать излишки выработки в сеть.

Компания Endesa также стремится к развитию национального производства электролизеров и оборудования, связанного с реализацией проектов в области «зеленого» водорода. Создание такой отрасли — это еще одна стратегическая задача, включенная в водородную дорожную карту.

Проекты, расположенные на материке

Самым передовым проектом на сегодняшний день является проект, который реализуется в муниципалитете Пуэнтес-де-Гарсия-Родригес (провинция Ла-Корунья), где будет установлен электролизер мощностью 100 МВт и шесть связанных с ним ветряных электростанций общей мощностью 611 МВт, для строительства которых, как ожидается, будет создано около 1600 рабочих мест на 18 месяцев строительства. Строительство электролизера займет около 24 месяцев, в нем будет занято около 120 человек. Ожидается, что на горизонте примерно 20 лет в эксплуатации и техническом обслуживании электролизера будут заняты около 100 человек. Общий объем инвестиций в проект As Pontes (Пуэнтес-де-Гарсия-Родригес) составит 738,2 млн евро. Ожидается, что комплекс будет производить 10 000 тонн «зеленого» водорода и предоставит рабочие места примерно 130 специалистам в области эксплуатации и ремонта (100 рабочих мест на электролизере и еще 30 на ветряных электростанциях).

Цель первого проекта — показать, что станцию такого размера рентабельно строить, эксплуатировать и ремонтировать как с экономической, так и с технической и экологической точек зрения.

Остальные проекты на материковой территории Испании (см. Таблицу 1) будут реализованы в Уэльве, Теруэле, Альмерии, Таррагоне, долине Эбро, Компостилье (Леон) и Сесенья (Толедо). Каждая станция будет включать в себя электролизер мощностью 215 МВт. В общей сложности будет создано более 500 рабочих мест на этапе строительства и еще около 220 на последующих этапах эксплуатации и технического обслуживания.

Проекты, которые будут реализованы на материковой части Испании, потребуют в общей сложности 2 миллиарда евро инвестиций. В результате будут построены электролизеры совокупной мощностью 315 МВт.

Проекты вне материка

Проекты, расположенные за пределами материковой территории Испании (см. Таблицу 2), включают следующие направления деятельности: производство энергии с использованием экологически чистого водорода на установках нового поколения (Barranco de Tirajana, Granadilla and Alcudia с электролизерами общей мощностью 25 МВт), перевод действующих установок на два типа топлива, и замена энергии, поступающей от других действующих установок на водород или газ.

Инициативы, запланированные к реализации на Канарских, Балеарских островах и в Мелилье, потребуют инвестиций на сумму 900 миллионов евро.

23 проекта, предлагаемые компанией Endesa, будут размещены в разных локациях и предусматривать разные виды конечного использования водорода. Так, они будут построены в областях, где проводится декарбонизация или просто энергетическая трансформация, внутри островных систем генерации электроэнергии, для применения в химической промышленности, для замещения потребления тепла, а также в качестве топлива для большегрузного транспорта. Ожидается, что общий объем производства после ввода в эксплуатацию составит 26 000 тонн водорода в год.

Потенциал «зеленого» водорода

Возобновляемый водород станет ключевым энергоносителем для решения задачи успешной декарбонизации энергетики. В частности, он будет играть важнейшую роль в тех областях, где электрификация не является самым эффективным решением или технически нецелесообразна в среднесрочной перспективе. Более того, возобновляемый водород, произведенный путем электролиза, будет способствовать правильному регулированию системы со 100% долей возобновляемой электроэнергии, обеспечивая большую гибкость и повышая надежность энергоснабжения.

Тем не менее, производство и потребление водорода, полученного с помощью возобновляемых источников энергии, все еще находится на стадии становления. В настоящее время в Испании производится и потребляется около 500 000 тонн водорода в качестве сырья, почти полностью из ископаемого топлива, поскольку до сих пор это не было конкурентоспособным вариантом.

В ожидаемом контексте падения затрат на производство электроэнергии из возобновляемых источников, роста квот на выбросы углекислого газа и повышения потребности в технологиях накопления энергии, технологии производства водорода из возобновляемых источников могут стать конкурентоспособными для промышленного использования. В любом случае в настоящее время все еще необходимы механизмы поддержки, позволяющие сделать использование водорода конкурентоспособным по сравнению с другими альтернативами, для демонстрации его жизнеспособности.

 

О компании Endesa

Endesa — электроэнергетическая компания, занимающая первое место по величине в Испании и второе в Португалии. Также она является вторым по величине газовым оператором на испанском рынке. Endesa управляет вертикально интегрированным бизнесом, объединяющем генерацию и продажи. Действуя через Endesa X, данная компания предоставляет дополнительные услуги, направленные на декарбонизацию потребления энергии в домовладениях и на предприятиях, в промышленности и в органах государственной власти. Endesa твердо привержена ЦУР ООН и поэтому решительно продвигает развитие возобновляемых источников энергии посредством Enel Green Power España, электрификации экономики и корпоративной устойчивости, которую она укрепляет с помощью фонда Endesa. В компании работает около 10 000 сотрудников. Endesa является дочерней компанией Enel, крупнейшей электроэнергетической группы в Европе.

ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ УСТАНОВОК ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА «ЗЕЛЕНОГО»  ВОДОРОДА НА МАТЕРИКОВОЙ ТЕРРИТОРИИ ИСПАНИИ, ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ ENDESA (Таблица 1)

Электролизер — Акватрол

Электролизер — служит для демонстрации загрязнения воды методом сравнения двух образцов, взятых из разных источников. Вы можете, например, сравнить качество воды из крана и бутилированной. В процессе работы электролизер переводит примеси, содержащиеся в воде в нерастворимую форму.

Электролизер — аппарат для электролиза, состоящие из четырех электролитических ячеек и представляет систему сосудов, наполненный электролитом с размещенными в нём электродами — катодом и анодом, соединёнными соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника постоянного тока.

Как использовать:
1. Возьмите 2 стакана емкостью 100-150 мл. Первый стакан наполните водой из крана, а второй — водой после фильтра. Установите стаканы на столе.
2. Подключите электролизер в розетку 220 вольт и опустите электроды в оба стакана.
3. Включите питание электролизера и начните тестирование воды.
4. Обычно время испытания составляет 30 секунд.
5. После проведения испытаний выключите питания электролизера и достаньте из воды.

По цвету осадка в воде после электролиза можно сделать выводы о наличии примесей:

Вода                                                           После электролиза

• Зеленый: мышьяк, хлороформ, тетрахлорметан, оксид меди, железо (II)
• Синий: бактерии, вирусы, органический фосфор (удобрения, моющие средства и пестициды), сульфат алюминия
• Красный: одновалентная ртуть, железо
• Белый: свинец, цинк, ртуть, асбест, кальций, магний
• Черный: тяжелые металлы (свинец, цинк, ртуть, медь, хром)
• Желтый: растворенный кислород, растворенный микроэлементы, органические минералы

Предупреждение безопасности:
Не дотрагивайтесь электродов во время включенного питания;
Не опускайте руку в воду для испытания;
Не позволяйте детям играть с электролизером;
Протрите электроды и корпус электролизера чистой салфеткой;
Прибор не может быть использован для тестирования минеральной воды.

Электролизер — Справочник химика 21

    Задача 13.3. Определить фактический расход электроэнергии (в киловатт-часах) на получение хлора массой 1 т и выход по энергии (в процентах), если среднее напряжение на электролизере 3,35 В, выход по току 96%, а электрохимический эквивалент хлора равен 1,323 г/(А-ч). [c.203]

    Основными показателями электрохимических производств являются выход по току, степень использования энергии, расходный коэффициент по энергии, напряжение, приложенное к электролизеру, и др. Большинство вычислений основано на законе Фарадея, согласно которому масса вещества, выделившегося при электролизе, пропорциональна силе тока /, времени электролиза т и электрохимическому эквиваленту этого вещества Э,.,. Масса веществ вычисляется по формуле [c.200]

    С целью резкого улучшения санитарных условий производства и обеспечения охраны окружающей среды в ближайшие годы будет полностью заменен ртутный метод производства хлора и каустической соды другими методами. При этом будет исключена потеря ртути, значительная часть которой попадает в атмосферу и водоемы. Производство каустической соды, например, будет осуществляться в электролизерах с ионообменной мембраной. Это резко повысит качество каустической соды и обеспечит большой экономический эффект. [c.206]

    Задача 13.1. Определить выход по току (в процентах), сслп в течение 24 ч в электролизере раствора поваренной соли прп силе тока 15 500 А было получено 4200 л электролитического щелока с концентрацией NaOH 125 г/м . Электрохимический эквивалент NaOH 1,492. [c.202]

    Тепловой баланс электролизера (за 1 час). Приход тепла  [c.387]

    Электрохимическая система, в которой за счет внешней электрической энергии совершаются химические превращения, называется электролизером или электролитической ванной (рис. 2, в). Электрод, принимающий электроны от участников реакции, называется анодом. Электрод, отдающий электроны участникам реакции,— катодом. Часть электролита, примыкающая к аноду, называется анолитом] примыкающая к катоду — католитом. [c.13]

    IX. Какие электролизеры применяются для электролиза воды  [c.207]

    Определить силу тока, необходимую для выработки 100%-ного гидроксида натрия массой 1720 кг в сутки в электролизере с железным катодом ирн его непрерыв-иоп работе, если выход по току составляет 96%. [c.204]

    Прохождение электрического тока через электрохимическую систему связано ке только с соответствующими химическими превращениями, но и с изменением ее электрических характеристик, прежде всего э.д.с. и электродных потенциалов, ио сравиенпю с их исходными значениями в отсутствие тока. При этом если электрохимическая система является электролизером (электролитической ванной), то напряжение на ней при данной силе тока будет больше обратимой э.д.с. той же системы E (j)>E, и наоборот, если электрохимическая система генерирует ток, т. е. является химическим источником тока — гальваническим элементом или аккумулятором, то его внешнее напряжение будет меньше, чем э.д.с. Еа 1)[c.287]

    Коррозия металлов иредставляет собой частный случай неравновесных электродных процессов, в то же время ей свойственны некоторые отличительные особенности. Для протекания коррозионного процесса совсем не обязательно наложение внешнего тока, и тем не менее растворение металла в условиях коррозии совершается со скоростями, сравнимыми с теми, какие наблюдаются при растворении металлических анодов в промышленных электролизерах. Так, например, при процессах цинкования анодная плотность тока колеблется в зависимости от состава применяемого электролита в пределах от 50 до 500 а скорость коррозии технического цинка в 1 и. Н2304 эквивалентна плотности тока в 100 А-м , т, е. оказывается величиной того же порядка. Причины, вызывающие такие большие скорости растворения металлов без наложения [c.487]

    Производство хлоргаза, водорода и электролитической щелочи основано на электролизе поваренной соли. Существует два метода производства диафрагменный, при котором электролиз протекает в электролитических ваннах (электролизерах) с твердым катодом, [c.40]

    Задача 14.1. Определить выход по току и удельный расход электроэнергии для получения алюминия (в расчете иа 100%-ный металл), если серия включает 150 непрерывно работающих алюминиевых электролизеров, имеющих нагрузку 145 кА, которые в месяц производят 4700 т металла с массовой долей 99,57о- Среднее иаиря- кеипе на серии (с учетом периодических анодных вспышек ) составляет 695 В. [c.210]

    IV. Для какой цели в электролизерах с твердым катодом используется пористая диафрагма  [c.206]

    Рис. 38. .xL Mii теплового баланса электролизера (к примеру 4) [c.389]

    Задача 1,4.2. Вычислить массу хлора и 50%-наго раствора гидроксида натрия (в килограммах), получаемых за сутки из раствора хлорида натрия в электролизере с ртутным катодом и разлагателем при его непрерывной работе и силе тока 150 000 А. Выход по току составляет 95%. [c.202]

    VII. Какие условия электролиза раствора хлорида натрня в электролизере с ртутным катодом являются оптимальными  [c.206]

    VI. Какие вещества можно обнаружить в жидкой фазе анодного пространства электролизера  [c.206]

    Определить количестно электролизеров и мощность генератора неременного тока, необходимых для суточной выработки а иомпыия (прп выходе по тэку 90% и КПД выпрямителя тока 95%), если она составляет а) 800 т при напряжении 4,5 В и силе тока 100 000 А  [c.215]

    Необходимое количество электролизеров Пя вычисляется по формуле [c.210]

    Суммарное напряжение на всех электролизерах составляет [c.210]

    По формуле (14.3) вычислим необходимое количество электролизеров в цехе  [c.211]

    По уравнению (14,4) найдем суммарное напряжение на всех электролизерах цеха с = 4,5-262= 1180 В, [c.211]

    Проектная мощность одного пз предприятий по производству соляной кислоты в год составляет 78 тыс. т продукта с массовой долей хлороводорода 0,34. Обеспечит ли это предприятие хлором и водородом цех с 84 ваииамп типа Р-30, работающий по графику предприятия Выход по току 90%, нагрузка одного электролизера 30 кА. В1, ход кис,поты составляет 95% от теоретического. [c.205]

    В промышленности алюминий получают электролизом растоора глинозема А120з в расплавленном криолите ЫазД1р 1. Концентрации ЫазА1Рв(92—94%) и А 20з в смеси отвечают эвтектическому состоянию (рис. 186). Это позволяет вести процесс электролиза при сравнительно низкой температуре (800—1000 С). На корпусе электролизера, который служит катодом, выделяется жидкий алюминий. На угольном аноде выделяется кислород, который взаимодействует с углем. Поскольку расплав имеет сравнительно низкую плотность, алюминий погружается на дно электролизера. [c.453]

    Ответ, а) 1100 электролизеров, 522 тыс, кВт, 290 тыс. т б) 1260 электролизеров, 875 тыс, кВт, 500 тыс, т  [c.215]

    Опреде п1ть втлход по энергии д.чя ртутного электролизера, если потенциал анода равен 1,42 В, а катода — 1,84 В. Напряжение на ванне 3,55 В. Выход по току 93,7%. [c.205]

    II[. Какие условия электролиза раствора хлорида натрия в электролизере с 4)ильтрующей диафрагмой являются оптимальными  [c.206]

    При электролизе раствора хлорида натрпя в электролизере, работавп1ем в течение 24 ч при силе тока 30 ООО А, было получено 8,5 электролитической [c.203]

    V. Какие веигества можно обнаружить в газовой фазе а[[одного пространства электролизера с фильтрующей диафрагмой  [c.206]

    Перечислить основные требования, предъявляемые к промыпглепным электролизерам. [c.204]

    Решение. Производительность одного электролизера в гсгд согласно формуле (14,2) с учетом потерь при перег.лапке металла равна [c.211]

    Производство алюминия из глинозема осуществляется электролитическим способом в электролизерах с са-мообжнгающимися углеродистыми анодами. [c.209]

    Годовая производительность одного электролизера Пэ с учетом потерь при переплавке определяется по ( )ормуле [c.210]

    Задача 14.2. Сколько электролизеров и электролизных серий должно быть в цехе для обееиечения его го-д()Ь (л 1 производительности 90 тыс. т металла, если в нем ус гаиовлспы электролизеры, имеющие нагрузку 140 кА. Банны работают с выходом по току алюминия 89% при среднесерийном напряжении на электролизер 4,5 В. Мангинное время работы электролизеров составляет [c.211]

---

Учебник общей химии (1981) — [ c.191 , c.410 ]

Общая химия (1987) — [ c.210 , c.228 , c.229 ]

Лабораторные работы в органическом практикуме (1974) — [ c.55 ]

Прикладная электрохимия (1984) — [ c.476 , c.477 ]

Общая химия (1979) — [ c.285 ]

Технология редких металлов в атомной технике (1974) — [ c.0 ]

Технология редких металлов в атомной технике (1971) — [ c.0 ]

Практикум по физической химии изд3 (1964) — [ c.272 ]

Лабораторная техника химического анализа (1981) — [ c.101 ]

Физическая химия Термодинамика (2004) — [ c.280 ]

Курс общей химии (1964) — [ c.215 ]

Электрохимический синтез органических веществ (1976) — [ c.0 ]

Курс теоретической электрохимии (1951) — [ c.0 ]

Размерная электрохимическая обработка деталей машин (1976) — [ c.84 , c.92 ]

Инструментальные методы химического анализа (1960) — [ c.0 ]

Учебник общей химии 1963 (0) — [ c.0 ]

Работа со ртутью в лабораторных и производственных условиях (1972) — [ c.107 ]

Инструментальные методы химического анализа (1960) — [ c.0 ]

Электрохимия органических соединений (1968) — [ c.90 , c.101 ]

Электрохимический синтез органических веществ (1976) — [ c.0 ]

Прикладная электрохимия Издание 3 (1974) — [ c.0 ]

Прикладная электрохимия Издание 3 (1984) — [ c.476 , c.477 ]

Основы общей химической технологии (1963) — [ c.124 , c.125 , c.126 ]

Работа со ртутью в лабораторных и производственных условиях (1972) — [ c.107 ]

Адиподинитрил и гексаметилендиамин (1974) — [ c.87 , c.89 , c.92 ]

Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.249 , c.291 ]

Общая химия (1968) — [ c.200 ]

Практикум по физической химии Изд 3 (1964) — [ c.272 ]

Химия окружающей среды (1982) — [ c.0 ]

---

Где применяют электролиз

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.

При прохождении через раствор или расплав электролита электрического тока, на электродах происходит выделение растворенных веществ или иных веществ, являющихся продуктами вторичных реакций на электродах. Этот физико-химический процесс и называется электролизом.

Суть электролиза

В создаваемом электродами электрическом поле, ионы в проводящей жидкости приходят в упорядоченное движение. Отрицательный электрод — это катод, положительный — анод.

К аноду устремляются отрицательные ионы, называемые анионами (ионы гидроксильной группы и кислотные остатки), а к катоду — положительные ионы, называемые катионами (ионы водорода, металлов, аммония и т. д.)

На электродах протекает окислительно-восстановительный процесс: на катоде происходит электрохимическое восстановление частиц (атомов, молекул, катионов), а на аноде — электрохимическое окисление частиц (атомов, молекул, анионов). Реакции диссоциации в электролите — это первичные реакции, а реакции, которые протекают непосредственно на электродах, называются вторичными.

Законы электролиза Фарадея

Разделение реакций электролиза на первичные и вторичные помогло Майклу Фарадею установить законы электролиза:

• Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.
• Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

m — масса осаждённого на электроде вещества, Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество F = 96 485,33(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея, M — молярная масса вещества (Например, молярная масса воды h3O = 18 г/моль), z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

Заметим, что M/z — это эквивалентная масса осаждённого вещества. Для первого закона Фарадея M, F и z являются константами, так что чем больше величина Q, тем больше будет величина m. Для второго закона Фарадея Q, F и z являются константами, так что чем больше величина M/z (эквивалентная масса), тем больше будет величина m.

Электролиз широко применяется сегодня в промышленности и в технике. Например, именно электролиз служит одним из эффективнейших способов промышленного получения водорода, пероксида водорода, диоксида марганца, алюминия, натрия, магния, кальция и прочих веществ. Применяется электролиз для очистки сточных вод, в гальваностегии, в гальванопластике, наконец — в химических источниках тока. Но обо всем по порядку.

Получение чистых металлов из руд путем электролиза

Благодаря электролизу многие металлы извлекается из руд и подвергается дальнейшей переработке. Так, когда руду или обогащенную руду — концентрат — подвергают обработке реагентами, металл переходит в раствор, затем путем электроэкстракции металл выделяют из раствора. Чистый металл выделяется при этом на катоде. Таким путем получают цинк, медь, кадмий.

Электрорафинированию металлы подвергают для устранения примесей и чтобы перевести содержащиеся примеси в удобную для дальнейшей переработки форму. Металл, подлежащий очистке, отливают в виде пластин, и применяют эти пластины в качестве анодов при электролизе.

Когда ток проходит, металл анода растворяется, переходит в виде катионов в раствор, затем катионы разряжаются на катоде, и образуют осадок чистого металла. Примеси анода не растворяются — выпадают анодным шламом, или переходят в электролит, откуда непрерывно или периодически удаляются.

Рассмотрим в качестве примера электрорафинирование меди. Главный компонент раствора — сульфат меди — наиболее распространенная и дешевая соль этого металла. Раствор обладает низкой электрической проводимостью. Для ее увеличения в электролит добавляют серную кислоту.

Кроме того, в раствор вводят небольшие количества добавок, способствующих получению компактного осадка металла. Вообще, электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, свинец, олово, серебро, золото.

Очистка сточных вод путем электролиза

Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции и электрофлотации). Электрохимический метод очистки — один из наиболее часто применяемых. Для электролиза используют нерастворимые аноды (магнетит, оксид свинца, графит, марганец, которые наносят на титановую основу), или растворимые (алюминий, железо).

Такой метод применяют для выделения из воды токсичных органических и неорганических веществ. К примеру, медные трубы очищают от окалины раствором серной кислоты, и промышленные сточные воды приходится затем очищать путем электролиза с нерастворимым анодом. На катоде выделяется медь, которая снова может использоваться на том же предприятии.

Щелочные сточные воды очищают электролизом от цианистых соединений. С целью ускорения окисления цианидов, повышения электропроводности и экономии электроэнергии, к водам применяют добавку в виде хлорида натрия.

Электролиз проводят с графитовым анодом и стальным катодом. Цианиды разрушаются в ходе электрохимического окисления и хлором, который выделяется на аноде. Результативность такой очистки близка к 100%.

Кроме непосредственно электохимической очистки можно включить в процесс электролиза коагуляцию. Исключив добавки солей, электролиз проводят с растворимыми алюминиевыми или железными анодами. Тогда не только разрушаются загрязнители на аноде, но и растворяется сам анод. Образуются активные дисперсные соединения, которые коагулируют (сгущают) коллоидно-дисперсные загрязнения.

Этот метод эффективен при очистке сточных вод от жиров, нефтепродуктов, красителей, масел, радиоактивных веществ и т. д. Он называется электрокоагуляцией.

Гальваностегия

Гальваностегия — это электролитическое нанесение определенных металлов с целью защиты изделий от коррозии и для придания им соответствующего эстетического оформления (покрытие производят хромом, никелем, серебром, золотом, платиной и т. п.). Вещь тщательно очищают, обезжиривают, и используют как катод в электролитической ванне, в которую налит раствор соли того металла, которым необходимо покрыть изделие.

В качестве анода применяют пластину из этого же металла. Как правило применяют пару анодных пластин, а подлежащий гальваностегии предмет располагают между ними.

Гальванопластика

Гальванопластика — осаждение металла на поверхности разных тел для воспроизведения их формы: формы для отливки деталей, скульптур, печатных клише и т.д.

Гальваническое осаждение металла на поверхности предмета возможно лишь тогда, когда поверхность эта или весь предмет являются проводниками электрического тока, поэтому для изготовления моделей или форм желательно использовать металлы. Наиболее подходят для этой цели легкоплавкие металлы: свинец, олово, припои, сплав Вуда.

Эти металлы мягки, легко обрабатываются слесарным инструментом, хорошо гравируются и отливаются. После наращивания гальванического слоя и отделки металл формы выплавляют из готового изделия.

Однако наибольшие возможности для изготовления моделей все же представляют диэлектрические материалы. Чтобы металлизировать такие модели, нужно придать их поверхности электропроводность. Успех или неудача в конечном итоге зависят в основном от качества токопроводящего слоя. Слой этот может быть нанесен одним из трех способов.

Самый распространенный способ — графитирование, он пригоден для моделей из пластилина и других материалов, допускающих растирание графита по поверхности.

Следующий прием — бронзирование, способ хорош для моделей относительно сложной формы, для разных материалов, однако за счет толщины бронзового слоя несколько искажается передача мелких деталей.

И, наконец, серебрение, пригодное во всех случаях, но особенно незаменимое для хрупких моделей с очень сложной формой — растений, насекомых и т. п.

Химические источники тока

Также электролиз является основным процессом, благодаря которому функционируют самые современные химические источники тока, например батарейки и аккумуляторы. Здесь присутствуют два электрода, контактирующие с электролитом.

Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции.

Лимонная батарейка (для увеличения нажмите нажмите на картинку)

Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно-разделённых процессов: на отрицательном аноде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи к положительному катоду, создавая разрядный ток, где они участвуют в реакции восстановления окислителя. Таким образом, поток отрицательно заряженных электронов по внешней цепи идет от анода к катоду, то есть от отрицательного электрода к положительному.

Ранее ЭлектроВести писали, что в недавнем докладе Cleantech Group авторы рассказали о трех самых важных для энергетики ближайших лет технологиях. Журналисты Business Insider обсудили их с Луисом Брасингтоном, одним из аналитиков компании.

По материалам: electrik.info.

About my hydrogen generator. My hydrogen generator for my car.

  Электролизер, который вы видите на фотографии сверху, не является произведением искусства, но хорошо справляется со своими задачами. С практической точки зрения, он имеет одно большое преимущество: в него можно «вкачать» столько тока, сколько необходимо. Регулировка осуществляется концентрацией электролита. Единственное ограничение, которое существует, это нагрев. После 40 А начинают нагреваться пластины электролизера и болты, по которым подводится ток.

  В отличии от всех остальных конструкций, которые наводнили Интернет, этот электролизер производит водород и кислород раздельно!!!  Цель конструкции – максимальная безопасность системы!

  Из чего он сделан и как? Это просто. На фотографии, ниже, Вы видите процесс подготовки, лист кровельного железа и выкройку, с оптимальным расположением заготовок. 

  Берем  ножницы по металлу и лист превращается в огромное количество мелких полосок – заготовок. Короткие это непосредственно пластины, длинные – кронштейны, по которым подводится ток к набору пластин. Средние пластины в два раза шире, чем боковые.

 

    Остается просверлить отверстия и собрать электролизер. Весьма досадная проблема заключалась в том, что длинные болты диаметром 4 мм и длиной 100 мм, найти не так просто, я бы сказал, невозможно. Выход был найден в сварочных электродах, на которых в два прохода,  была нарезана резьба М4. Процесс берет не больше минуты, если использовать низко-оборотистую дрель на аккумуляторе. С помощью этой же дрели, и маленького трубореза, 8 мм трубка разрезается короткие цилиндрики, которые вставляются между пластинами при сборке.

  На этой фотографии Вы можете увидеть часть деталей, из которых  собраны электролизеры. Спереди, слева и справа, большая и малая пластины электролизера, в центре – пластина, которая удерживает мембрану. За ними кронштейны, на которых собраны малые пластины. В центре – труборез. Маленькие цилиндрики, оставшиеся в большом количестве, это то, что установлено между пластинами электролизера. Резиновые трубки защищают от короткого замыкания. Для того, что бы представить какое количество деталей необходимо для сборки десяти электролизеров и сколько это занимает места, скажу, что только маленьких цилиндриков необходимо изготовить более 60 штук на ячейку (на фотографии их только 50 : ). Так или иначе, весь этот «ворох» деталей превращается в электролизеры.

  Результат на фотографии. Спереди – запасной электролизер из последней серии. Отличается тем, что все кронштейны изготовлены двойными. Сзади – то, что откаталось в автомобиле несколько месяцев. Он абсолютно работоспособный, не смотря на плохой внешний вид.

  Индикатором уровня электролита служит пластинка в правом верхнем углу, которая подключена к угловому болту. Такой же датчик уровня находится в противоположном углу.

  Цинк на пластинах, защищает их от коррозии и снимается непосредственно перед установкой в автомобиль. Поваренная соль (NaCl), в качестве электролита, легко и быстро освобождает пластины от цинка.

  Максимальный ток, на котором может работать такая ячейка ограничен. Как ни странно, это ограничение в болтах, которыми подводится ток к кронштейнам пластин. Каждый из них выдерживает ток до 10 Ампер, после которого начинает ощутимо нагреваться. В моих экспериментах были подключены ВСЕ контактные болты, четыре средних вместе и две группы по два, для правой и левой пластины. При использовании обоих боковых пластин, ячейка долговременно выдерживает ток до 40 Ампер. Уменьшение общего тока через ячейку производилось отключением одной из боковых пластин.

Введение в электролизеры

Электролизеры используют электричество для разложения воды на водород и кислород. Электролиз воды происходит посредством электрохимической реакции, для которой не требуются внешние компоненты или движущиеся части. Он очень надежен и может производить сверхчистый водород (> 99,999%) без вреда для окружающей среды, когда источником электроэнергии является возобновляемая энергия.

Водород, полученный из электролизера, идеально подходит для использования с водородными топливными элементами .Реакции, происходящие в электролизере, очень похожи на реакции в топливных элементах, за исключением того, что реакции, происходящие на аноде и катоде, меняются местами. В топливном элементе анод — это место, где расходуется газообразный водород, а в электролизере газообразный водород вырабатывается на катоде. Недостатком электролизеров является потребность в электроэнергии для завершения реакции. В идеале электрическая энергия, необходимая для реакции электролиза, должна поступать из возобновляемых источников энергии, таких как ветряных , солнечных или гидроэлектрических источников.Электролизеры полезны и идеальны при включении в определенные стационарные, переносные и транспортные системы электропитания. Некоторыми примерами приложений, в которых электролизеры были бы особенно полезны, являются долгосрочное использование в полевых условиях, транспортных средств с топливными элементами и портативная электроника. Достаточное количество водорода может быть произведено до его использования и, следовательно, может быть полезным дополнением к системе, использующей солнечную и ветровую энергию.

Некоторые из преимуществ использования электролизеров:

1. Производимый водород очень чистый.
2. Его можно производить прямо на месте и в то время, когда оно будет использоваться, и не обязательно хранить.
3. Это намного более дешевый метод, чем подача газа в баллонах высокого давления.

Во всем мире более чем достаточно солнечных и ветровых природных ресурсов для производства всего водорода, необходимого для стационарных, транспортных и переносных применений. Электролиз может удовлетворить требования к стоимости, установленные правительствами многих стран мира.

Типы конструкций электролизеров

Есть много способов построить и настроить электролизер, и различные электролиты можно использовать так же, как в топливных элементах. Однако одно отличие от топливных элементов состоит в том, что нельзя использовать высокотемпературные системы, потому что вода должна подаваться в виде пара. Электролизеры можно разделить на две основные конструкции: униполярные и биполярные. В униполярной конструкции обычно используется жидкий электролит (щелочные жидкости), а в биполярной конструкции используется твердый полимерный электролит ( протонообменных мембран ).Гидроксид калия был широко используемым электролитом в прошлом, но в последнее время более типичными являются мембраны PEM. Конструкция электролизера очень похожа на аккумулятор или топливный элемент; он состоит из анода, катода и электролита.

Щелочной электролизер

Щелочные электролизеры обычно используют водный раствор гидроксида калия (КОН) в качестве электролита. Другие часто используемые электролиты включают серную кислоту (h3SO4), гидроксид калия (KOH), хлорид натрия (NaCl) и гидроксид натрия (NaOH).Типичная концентрация электролизного раствора составляет 20-30 мас.% Для обеспечения баланса между ионной проводимостью и коррозионной стойкостью.

Щелочные электролизеры хорошо работают при рабочих температурах от 25 до 100 ° C и давлении от 1 до 30 бар соответственно. Промышленные щелочные электролизеры имеют плотность тока в диапазоне 100-400 мА / см ² . Химические реакции для щелочного электролизера:

• Анод: 4H ₂ O + 4e ^— 2H ₂ + 4OH
• Катод: 4OH ^— + O ₂ + 4e ^— + 2 H ₂ O
• В целом: 2 H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

Общая конструкция щелочного электролизера проста.Он имеет униполярную конструкцию, состоящую из двух металлических электродов, подвешенных в водном растворе электролита. Когда на электроды подается электричество, на каждом электроде генерируется газообразный водород и кислород. Электролизер должен быть спроектирован таким образом, чтобы каждый газ собирался и удалялся из электролизера эффективно. Инженер должен следить за тем, чтобы газы не смешивались, потому что при наличии искры смесь водорода и кислорода легко воспламеняется.

Электролизер на основе PEM

Электролизеры на основе полимерных электролитных мембран (PEM) очень популярны, и многие современные электролизеры построены с использованием технологии PEM.В электролизере PEM используется тот же тип электролита, что и в топливном элементе PEM . Электролит представляет собой тонкую твердую ионопроводящую мембрану, которая используется вместо водного раствора. Эти электролизеры имеют биполярную конструкцию и могут работать при высоких дифференциальных давлениях на мембране. Реакции следующие:

• Анод: 4H ⁺ + 4e ^— → 2H ₂
• Катод: 2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^—
• В целом: 2H ₂ O (л) + 4H ⁺ + 4e ^— → 2H ₂ + O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^—

Электролизеры PEM популярны, потому что многие из типичных проблем топливных элементов PEM не применимы.Воду, подаваемую на катод, также можно легко использовать для охлаждения элемента, а управление водой намного проще, поскольку положительный электрод должен быть залит водой. Водород, производимый в электролизерах этого типа, имеет высокую чистоту. Единственная проблема — наличие водяного пара в системе. Вода диффундирует через электролит, как в топливных элементах; поэтому разработчики электролитов используют различные методы, чтобы избежать этого. Распространенным методом является использование более толстых электролитов, чем те, которые используются в топливных элементах.

КПД электролизера

На работу электролизеров влияет множество факторов. Некоторые из них включают общую конструкцию, используемые материалы, а также рабочую температуру и давление. Работа при более высоких температурах увеличит эффективность, но также увеличит скорость коррозии материалов электролизера. КПД электролизера рассчитывается так же, как и для топливного элемента. Эффективность топливного элемента определяется по формуле:

И обратная этой формуле — КПД электролизера:

Потери в электролизерах такие же, как в топливных элементах, а типичные значения для Vcell и Vel_cell равны 1.6 — 2,0 В в зависимости от плотности тока. Эффективность батареи также должна включать потери мощности из-за электроэнергии, необходимой для насосов, клапанов, датчиков и контроллера, а также количество энергии, вложенной в батарею. Типичный КПД коммерческих электролизеров составляет от 60 до 70 процентов.

Возможности для электролиза

Интеграция электролизеров с системой возобновляемых источников энергии создает уникальные возможности для обеспечения электроэнергией в будущем.Системы возобновляемой энергии могут подключаться к коммунальной сети через силовую электронику. Силовая электроника преобразует переменный ток (AC) из сети в постоянный ток (DC), необходимый для пакета электролизных ячеек. В качестве источника электроэнергии можно использовать как фотоэлектрические, так и ветровые системы. Во многих ветряных / электролизерных системах, используемых сегодня для производства водорода, электролизер напрямую использует переменный ток от ветряной турбины.

Во всем мире проводится множество научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов, в которых анализируется и сравнивается производство водорода солнечной и ветровой энергией и электросетью.В этих исследованиях водород производится путем электролиза, а затем сжимается и хранится для питания двигателя в периоды с более высокими требованиями к энергии. Эти проекты будут исследовать совместное производство электричества и водорода, чтобы решить проблему неустойчивого характера солнечной и ветровой энергии, чтобы производить электричество, когда потребность в энергии высока. Эти исследования также включают потенциальное использование водорода в транспортных средствах. В этих исследовательских проектах изучаются технологии нескольких электролизеров; их способность быстро подключаться и отключаться; и разработка преобразователей переменного тока в постоянный и постоянного тока для использования ветряной турбины от солнечной энергии в электролизере для достижения повышения эффективности.

Электролиз может помочь сократить периодическое производство электроэнергии из возобновляемых источников. Водородные системы может производить водород и хранить его для последующего использования, что может повысить коэффициент использования возобновляемых источников энергии. Это поможет сделать возобновляемую энергию постоянной или использоваться в периоды пиковой нагрузки. Допуская совместное производство водорода и электроэнергии, коммунальное предприятие может оптимизировать свою систему производства и хранения. И солнечные, и ветровые системы могут получить выгоду от производства электроэнергии вместе с водородом.Некоторые исследования показали, что системы, оптимизированные для производства водорода и электроэнергии, имеют более низкие цены на водород — даже когда электроэнергия продается по очень низкой цене.

Выводы

Электролиз использует электричество для разложения воды на водород и кислород. Этот процесс может производить сверхчистый водород (> 99,999%) без загрязнения окружающей среды, если источником электроэнергии является возобновляемая энергия. Водород также можно производить непосредственно в любом месте и в то время, когда это необходимо; следовательно, его необязательно хранить.Это идеальный метод производства водорода для водородных топливных элементов. Если эта система спроектирована правильно, она может быть намного дешевле, чем газ, поставляемый в баллонах высокого давления. Электролизеры были бы очень полезны, если бы они были интегрированы в стационарные, переносные или транспортные системы энергоснабжения для производства водорода. Это также было бы полезным дополнением к системе, использующей солнечную и ветровую энергию, потому что водород можно использовать для питания топливных элементов, когда солнечная и ветровая энергия непостоянна.В будущем электролиз можно будет использовать вместе с водородом, который необходим из ветряных и солнечных источников.

Автор: Д-р Коллин Шпигель

Доктор Коллин Шпигель — консультант по математическому моделированию и техническому письму (президент SEMSCIO) и профессор, имеющий докторскую степень. и степень магистра инженерных наук. Она имеет семнадцатилетний опыт работы в инженерии, статистике, науке о данных, исследованиях и написании технических статей для многих компаний в качестве консультанта, сотрудника и независимого владельца бизнеса.Она является автором книг « Designing and Building Fuel Cells » (McGraw-Hill, 2007) и «PEM Fuel Cell Modeling and Simulation using MATLAB» (Elsevier Science, 2008). Ранее она владела Clean Fuel Cell Energy, LLC, организацией по топливным элементам, которая обслуживала ученых, инженеров и профессоров по всему миру.

Статья об электролизере по The Free Dictionary

Аппарат, в котором проводится электролиз, состоящий из одной или нескольких электролитических ячеек.Электролизер — это сосуд (или система сосудов), заполненный электролитом, в котором размещены электроды — катод и анод; катод подключен к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а анод — к положительному полюсу.

В промышленности и лаборатории используются различные типы электролизеров, например, открытые и герметичные электролизеры, электролизеры для периодической и непрерывной работы, электролизеры с фиксированными или съемными электродами и электролизеры с различными системами разделения продуктов электролиза.В зависимости от предполагаемого использования электролизеры предназначены для работы при различных температурах, от ниже 0 ° C (например, электрохимический синтез нестабильных кислородных соединений) до высоких температур (например, при электролизе расплавленных электролитов при производстве алюминия. , кальций и другие металлы), и они соответственно снабжены системами для нагрева или охлаждения электролита или электродов. Некоторые электролизеры имеют диафрагму — пористый барьер или мембрану, которая отделяет катодное пространство от анодного пространства и которая проницаема для ионов, но замедляет механическое перемешивание и диффузию.Для изготовления этих диафрагм используются асбест, полимерные материалы и керамика. Также используются электролизеры с ионообменными мембранами. Различают униполярные и биполярные электролизеры в зависимости от того, как электролизеры подключены к электрической цепи. Униполярные электролизеры состоят из одной электролитической ячейки с электродами одной полярности, каждый из которых может состоять из нескольких элементов, включенных параллельно цепи. Биполярные электролизеры состоят из множества ячеек, до 100–160, которые подключены последовательно к цепи, и каждый электрод, за исключением двух концевых электродов, функционирует как катод на одном конце и анод на другом.

Аноды изготовлены из графита, углерод-графитовых материалов, платины, оксидов некоторых металлов, свинца или свинцовых сплавов. Также используются сверхмощные титановые аноды с активным покрытием из смеси оксида рутения и оксида титана или платины и ее сплавов. Катод в большинстве электролизеров изготовлен из стали. Также используются электролизеры с жидкими электродами (например, ртуть используется в качестве катода в одном способе производства хлора и гидроксида натрия). Некоторые электролизеры работают под давлением, например, вода диссоциирует при давлениях до 4 меганьютон / м ² (40 килограмм-сила / см ² ).В настоящее время ведется разработка электролизеров, работающих при более высоких давлениях. При выборе материалов для изготовления электролизеров учитываются коррозионная активность электролита и продуктов электролиза, температура и другие факторы. Используются сталь, в том числе сталь с различными защитными покрытиями, пластмассы, стекло, стекловолокно, керамика. Большие современные электролизеры работают при больших нагрузках: униполярные электролизеры до 400–500 килоампер и биполярные электролизеры до 1600 килоампер.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Производитель топливных элементов Bloom Energy запускает высокотемпературный водородный электролизер

Производитель топливных элементов Bloom Energy Corp. выходит на рынок производства водорода с коммерческим запуском высокотемпературного электролизера, способного использовать тепловую энергию в качестве источника энергии.

Запуск отличает Bloom Energy от большинства производителей коммерческих электролизеров, которые в основном предлагают низкотемпературные электролизеры, которые полностью полагаются на электроэнергию для разделения воды на водород и кислород.В высокотемпературных электролизерах для расщепления воды используется меньше электроэнергии, что снижает эксплуатационные расходы, препятствующие производству водорода.

Электролизеры — это основополагающая технология экологически чистого водорода, безуглеродной формы топлива, производимого с использованием возобновляемой электроэнергии. Производители электроэнергии, производители автомобилей, газовые компании и производители изучают возможность использования водорода с низким и нулевым содержанием углерода для замены природного газа и ископаемого топлива в своей деятельности.

При питании исключительно от электроэнергии, Bloom Electrolyzer потребляет на 15% меньше электроэнергии, чем низкотемпературные электролизеры, говорится в сообщении компании от 14 июля.По его словам, когда электролизер также использует внешний источник тепла для питания, он потребляет до 45% меньше электроэнергии, чем низкотемпературные модели.

Способность использовать тепло в качестве источника энергии делает высокотемпературный электролиз идеальным для промышленных компаний, в том числе производителей стали, химии, цемента и стекла, сообщает Bloom Energy. Высокотемпературные процессы, используемые в этих производственных секторах, трудно электрифицировать, и избыточное тепло от этих процессов можно использовать для питания высокотемпературных электролизеров.Затем этот водород можно использовать в качестве топлива для печей, уменьшая или устраняя необходимость в транспортировке водорода на объект, сообщает Bloom Energy.

Компания отметила, что водород, полученный из ее нового предложения электролизеров, также может быть использован для питания ее устаревшего продукта, модульных систем топливных элементов, способных производить электроэнергию на месте из природного газа, биогаза и водорода. По данным Bloom Energy, в высокотемпературном электролизере используется та же технология твердых оксидов и многие из тех же компонентов, что и системы топливных элементов, что позволяет компании использовать существующие цепочки поставок для увеличения производства электролизеров.

«Запуск Bloom Electrolyzer — это большой шаг вперед в нашей миссии по обеспечению и расширению возможностей глобальной водородной экономики и декарбонизированного общества», — сказал в своем заявлении председатель и главный исполнительный директор Bloom Energy К. Р. Шридхар. «Водород позволяет нам использовать обильные и недорогие возобновляемые источники энергии для надежного производства энергии с нулевым выбросом углерода, а не периодически».

Топливные элементы

Bloom Energy не застрахованы от опасений, связанных с выбросами в результате потребления природного газа. Поскольку все больше городов в районе залива Сан-Франциско запрещают использование природного газа в новых зданиях, Bloom Energy из Сан-Хосе недавно добилась исключения для своих систем топливных элементов, утверждая, что в будущем они будут все больше работать на водороде с нулевым выбросом углерода и возобновляемом природном газе. .

Компания ожидает, что коммерческие поставки Bloom Electrolyzer начнутся осенью 2022 года. Отвечая на вопрос о предварительных затратах, представитель компании сказал, что Bloom Energy обычно не перечисляет капитальные затраты, поскольку они различаются в зависимости от размера системы, расположения, конфигурации и другие факторы.

Зеленый водород дает значительную надбавку к цене по сравнению с природным газом. Операторам электролизеров обычно необходимо часто запускать их, чтобы окупить капитальные затраты, но им также требуются низкие затраты на электроэнергию для их рентабельной эксплуатации.

Bloom Energy впервые опробовала свою технологию электролизера в ноябре 2020 года вместе со своим южнокорейским партнером SK ecoplant Co.Ltd. На промышленной площадке в Чангвоне, Южная Корея. В мае компания объявила о партнерстве с Национальной лабораторией штата Айдахо при Министерстве энергетики США по обеспечению электропитания электролизера Bloom избыточным электричеством и паром от атомных электростанций. В том же месяце Bloom Energy начала сотрудничество с Baker Hughes Co., которое включает сочетание электролизера и технологии сжатия для производства, сжатия, транспортировки и хранения водорода.

блоков специальных электролизеров

Опыт Гинера в области электролиза PEM основан на новаторской работе многих первоначальных разработчиков технологии для космической программы Gemini.

На протяжении 30 лет ученые и инженеры, такие как Тони ЛаКонти и Боб Милгейт-младший, продвинули электролиз PEM в Гинере, и эта работа продолжается — и ускоряется.

Giner разработал уникальный портфель знаний: расширяя технические границы для достижения результатов в самых сложных условиях.

Кислород высокого давления (O2) для жизнеобеспечения на подводных лодках …

Технология протонообменной мембраны (PEM)

в настоящее время предпочтительна для этой наиболее ответственной области применения из-за ее продемонстрированной долговечности (срок службы более 30 000 часов), компактности, чистоты и надежности.

В наших последних электролизерах для ВМФ используется передовая технология для поддержки высоких дифференциальных давлений, которые позволяют генерировать и в конечном итоге удалять побочный водород при повышенном давлении, одновременно обеспечивая кислород для дыхания непосредственно экипажу по запросу.

Запатентованная конструкция мембран обеспечивает чрезвычайно высокий уровень чистоты газообразного продукта, превышающего 99,999% кислорода. Наши элементы PEM также работают при гораздо более высоких плотностях тока, чем блоки щелочного электролизера, которые они заменили. Это позволило уменьшить размер системы производства кислорода более чем на 60%, высвободив ценное пространство.

Мы признаны лидером в области эксплуатации электролизеров высокого давления. Производство одного или обоих газов под высоким давлением устраняет необходимость в газовых компрессорах, которые могут быть громоздкими, хлопотными, дорогостоящими, грязными и шумными.Вместе с нашим партнером, корпорацией Treadwell, мы поставляем электролизеры для подводных лодок класса Seawolf и Ohio.

… и в космосе

Для аэрокосмических приложений снова жизненно важно, чтобы электролизер работал при значительном давлении, чтобы газообразные жидкости могли храниться в разумных объемах с минимальной массой. Гинер работал с организациями частного и государственного секторов над разработкой, изготовлением и эксплуатацией сверхлегких электролизеров высокого давления, способных производить потоки газа высокой чистоты при давлении от 0 до 80 бар, и в настоящее время мы разрабатываем конструкции для работы при 140 бар для НАСА.

Кроме того, компания Giner разработала ультрасовременную батарею электролизеров с паровой подачей для аэрокосмической промышленности. Такой подход позволяет существенно упростить балансировку установки: меньший вес и меньшее пространство означают большой дивиденд стоимости для НАСА и для нового поколения частных космических компаний.

Лабораторные генераторы водорода

Giner — один из ведущих мировых поставщиков лабораторных генераторов водорода (H ₂ ). Наши электролизеры широко используются ведущими производителями систем по всему миру для обеспечения лабораторного водорода для таких приложений, как пламенно-ионизационные детекторы, и газов-носителей для приборов, включая масс-спектрометры и газовые хроматографы.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше об опыте Giner в области специальных электролизеров.

Shell запускает водородный электролизер REFHYNE мощностью 10 МВт, увеличение мощности до 100 МВт

Shell Energy запустила установку электролизера с полимерно-электролитной мембраной (PEM) мощностью 10 МВт — одну из крупнейших в своем роде в мире — для производства зеленого водорода на своем нефтеперерабатывающем заводе Energy and Chemicals Park Rheinland в Весселинге, Германия. планируется увеличить мощность станции до 100 МВт.

Запуск электролизного завода 2 июля знаменует собой важную веху для проекта REFHYNE, пятилетнего проекта, который начался в январе 2018 года при финансировании Совместного предприятия Европейской комиссии по топливным элементам и водороду (FCH-JU). Согласно Shell, электроэнергия, используемая на установке мощностью 10 МВт, поставляется из возобновляемых источников энергии, а производимый ею зеленый водород — до 1300 тонн в год — может быть полностью интегрирован в процессы нефтепереработки, например, для десульфуризации традиционных топливо.

Наряду с Shell в консорциум проекта REFHYNE вошли исследовательская организация SINTEF, консультационные фирмы Sphera и Element Energy, а также британская компания по водородным технологиям ITM Power, которая разработала и изготовила электролизеры PEM.

Крупнейший в Европе водородный электролизер с PEM начал работу 2 июля на территории Shell’s Energy and Chemicals Park Rheinland, производя экологически чистый водород. Предоставлено: Shell Energy

Как отметил на церемонии открытия проекта директор по переработке и переработке Shell Хьюберт Виджевено, проект «демонстрирует новый вид энергетики будущего и модель производства энергии с низким содержанием углерода, которую можно воспроизвести во всем мире.«Ключевым бенефициаром является земля Северный Рейн-Вестфалия (NRW) на западе Германии, регион, который генерирует и потребляет около 30% электроэнергии Германии.

Позиционируя себя как центр водородной экономики, NRW поставила несколько целей в рамках недавно выпущенной дорожной карты по водороду на 2025 год, включая строительство 120 километров (км) водородных трубопроводов, которые будут подключены к первым в стране «надрегиональным» водородным трубопроводам. . Он также нацелен на строительство электролизных заводов общей мощностью 100 МВт для промышленного производства водорода к 2025 году и до 3 ГВт к 2030 году.В июне штат особо выделил средства для массового производства электролизеров с анионообменной мембраной (АЭМ) — технологии, которая может подорвать рынок обычных электролизеров, на котором сегодня преобладают щелочные технологии и технологии ПЭМ.

Увеличиваются объемы проектов производства водородных электролизеров PEM

Хотя технология PEM была коммерциализирована в 1960-х годах компанией General Electric, ее использование в качестве зеленого раствора водорода было менее распространенным по сравнению с щелочным электролизом.Согласно базе данных по водородным проектам Международного энергетического агентства (МЭА), в 2020 году щелочные электролизеры составляли около 65% всех действующих технологий производства низкоуглеродистого водорода, а технологии PEM — около 30%. По оценкам МЭА, во всем мире эксплуатировалось в общей сложности 51 МВт электролизеров PEM из 173 МВт проектов по производству низкоуглеродистого водорода.

Однако, несмотря на то, что это проект электролизера PEM, мощность проекта Shell REFHYNE такая же, как у проекта Fukushima Hydrogen Energy Research Field мощностью 10 МВт, проекта щелочного электролизера, запущенного в марте 2020 года японскими исследовательскими организациями New Energy and Industrial Technology Development Organization и компании Toshiba Energy Systems & Solutions, Tohoku Electric Power Co.и Iwatani Corp. Японский проект считался одним из крупнейших проектов электролизеров в мире — до января этого года, когда Air Liquide начала эксплуатировать свой электролизер PEM мощностью 20 МВт в Беканкуре, Канада. Завод Air Liquide, оснащенный технологией PEM Cummins (ранее Hydrogenics), производит 8,2 тонны водорода в день (или около 2 990 тонн в год).

Согласно ITM Power, сердцем системы электролиза PEM является батарея, в которой происходит процесс каталитического разделения.«Пакет представляет собой сборку электролизных ячеек и состоит из источника постоянного тока и двух электродов (анода и катода), которые покрыты благородными металлами (платина, рутений или иридий) и разделены электролитом (ионным проводником). », — поясняет он.

«Прохождение электрического тока, то есть потока отрицательно заряженных электронов, через воду, запускает процесс электролиза. Вода, которая содержит положительно заряженные ионы водорода (H +) и отрицательно заряженные ионы гидроксила (OH-), вступает в реакцию, и ионы водорода нейтрализуются и превращаются на катоде в молекулы газообразного водорода (H ₂ ).Между тем, на аноде приложенный ток отделяет электроны от гидроксильных ионов и превращает их в молекулы газообразного кислорода (O ₂ ) и нейтральные молекулы воды ». В электролизере PEM используется тонкая (толщиной 150–220 мкм) протонпроводящая полимерная мембрана, которая предотвращает смешивание водорода и кислорода, но допускает перенос ионов H +, отмечает он.

Электролизер с полимерно-электролитной мембраной (PEM) Rheinland будет использовать возобновляемую электроэнергию для производства до 1300 тонн зеленого водорода в год.«Первоначально это будет использоваться для производства топлива с более низкой углеродоемкостью», — сказал Shell. «Зеленый водород также будет использоваться для декарбонизации других отраслей». Любезно предоставлено: Shell Energy

Эксперты POWER сообщили, что PEM обычно избегают восстановления и повторного использования раствора электролита гидроксида калия, что необходимо для щелочных электролизеров. PEM также более эффективны. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) в прошлом году прогнозировало, что эффективность преобразования технологий PEM составляет от 65% до 83%.

ITM Power бычье снижение затрат для PEM Technologies

ITM Power отмечает, что сегодня электролизеры на основе ПЭМ завоевывают популярность в конкурентной среде экологически чистого водорода благодаря их «превосходной» гибкости и характеристикам реакционной способности. В нем говорится, что PEM «могут работать на разных уровнях входной мощности [от нуля до максимальной мощности]». «Время, необходимое для реагирования на ограничения мощности и достижения суб- / сверхноминальной плотности тока, очень короткое. Таким образом, его можно увеличивать и уменьшать менее чем за одну секунду, и он может работать в течение короткого времени (обычно 10 минут) с гораздо большей мощностью, чем номинальная нагрузка (160%) », — добавляет он.«Электролизеры PEM, таким образом, способны обеспечивать запас частоты и подходят для более широкого спектра сетевых услуг».

Однако одним из недостатков является то, что для PEM требуются дорогие электродные катализаторы (платина и иридий) и мембранные материалы, а их срок службы в настоящее время короче, чем у щелочных электролизеров. Тем не менее, ITM Power с оптимизмом смотрит на прогнозируемую траекторию снижения затрат для технологий PEM, предполагая в статье, опубликованной в ноябре 2020 года, что цена электролизерной системы ITM Power 100 МВт с PEM может упасть до менее 400 фунтов стерлингов (552 доллара США) / кВт к 2024 году.

Однако экономическая привлекательность электролиза воды будет в значительной степени зависеть от цены на электроэнергию, на которую приходится до 80% цены на водород, сообщает ITM Power. Массовое увеличение производства водорода, которое будет зависеть от растущей доли нестабильной ветровой и солнечной энергии, также может повысить экономичность проекта.

ITM Power готовится к растущему спросу. В январе этого года компания завершила строительство «гигафабрики» в Бессемер-парке в Шеффилде, Великобритания, которая может производить 1 ГВт электролизеров PEM в год.По сути, это предприятие представляет собой «проект высокопроизводительного полуавтоматического завода по производству электролизеров PEM, который может быть легко воспроизведен», — заявили в ITM Power.

ITM, Linde готовится к крупным водородным проектам

ITM Power, в частности, также получила заказы на установку электролизера PEM мощностью 20 МВт, которая будет расположена на ветряной электростанции Уайтли, принадлежащей компании ScottishPower Renewables, недалеко от Глазго, крупнейшей береговой ветряной электростанции Великобритании. Ожидается, что этот проект будет поставлять водород на коммерческий рынок «до 2023 года».Тем временем, закрепившись на растущем рынке водорода в Японии, компания в марте этого года также продала электролизер HGas2SP мощностью 1,4 МВт японскому конгломерату Sumitomo Corp. Согласно законодательству, он будет служить «важным эталонным заводом для дальнейших продаж в Японии».

Однако самой крупной сделкой ITM Power до сих пор был электролизер PEM мощностью 24 МВт для химического комплекса Linde Leuna в Германии.Эта сделка, о которой было объявлено в январе, будет инициирована недавно созданным совместным предприятием ITM Power и Linde — ITM Linde Electrolysis. Если химический комплекс Leuna будет завершен во второй половине 2022 года, он, вероятно, станет крупнейшим проектом PEM в мире.

Linde планирует поставлять сжиженный зеленый водород, произведенный в рамках проекта, на автозаправочные станции и другим промышленным потребителям в регионе. «Общий объем производимого зеленого водорода может обеспечить топливом примерно шестьсот автобусов на топливных элементах, проехавших 40 миллионов километров и сэкономив до 40 000 тонн выбросов углекислого газа в выхлопных трубах в год», — говорится в сообщении.

Но параллельно Linde также работает над множеством проектов, связанных с производством, переработкой, хранением и распределением водорода. Промышленная газовая и инжиниринговая компания со штаб-квартирой в Дублине заявляет, что у нее уже есть более 80 проектов по электролизу, и она разрабатывает трубопроводную сеть протяженностью около 1000 километров. Тем не менее, он отмечает, что его водородное наследие простирается более чем на десять лет благодаря слиянию в 2020 году с Praxair, компанией, которая с 2007 года эксплуатировала «первую в мире пещеру для хранения водорода высокой чистоты» в Мосс-Блафф, штат Техас.

Расширение REFHYNE мощностью 100 МВт может стать источником энергии для новаторских проектов по производству электроэнергии и жидкости (PTL)

Хотя Linde не входила в консорциум, построивший проект PEM REFHYNE мощностью 10 МВт на нефтеперерабатывающем заводе Shell в Рейнланде, ожидается, что компания станет партнером Shell и ITM Power для расширения проекта REFHYNE в десять раз — до мощности 100 МВт. Строительство здания, получившего название «REFHYNE II», может начаться в следующем году, если консорциум получит финансирование от Европейского Союза и правительства Германии.

Увеличение мощности электролизера в значительной степени связано с усилиями Shell по производству «экологически безопасного» авиационного топлива на нефтеперерабатывающем заводе Rheinland. Shell заявляет, что хочет создать «первый» коммерческий завод по производству биоэнергии в жидкость (PTL) в рамках проекта, который повлечет за собой производство синтетического керосина из зеленого водорода (с использованием возобновляемых источников энергии и энергии биомассы) и переработанного углерода. Также в разработке находится завод по производству сжиженного возобновляемого природного газа (био-СПГ). Shell заявляет, что строительство системы ЛЭП может начаться в 2023 году, а запуск ожидается в конце 2025 года.Первоначально завод PTL мог производить около 100 000 тонн в год.

«Нефтеперерабатывающий завод Rheinland является двигателем и сердцем деятельности Shell в Германии и будет играть ключевую роль в предоставлении продуктов, которые все больше будут отличаться от нашего нынешнего ассортимента, в котором преобладает сырая нефть, и которые будут все больше преобразовываться в регенеративные решения, такие как синтетическое и биотопливо. а также зеленый водород », — пояснил директор нефтеперерабатывающего завода д-р Марко Ричрат.

Однако проекты REFHYNE II и SAF мощностью 100 МВт все еще находятся «на продвинутой стадии планирования, и окончательные инвестиционные решения еще не приняты», — отметила в Shell.Пока что консорциуму Refhyne II было предложено подготовить соответствующее грантовое соглашение с Европейским исполнительным агентством по климату, инфраструктуре и окружающей среде, говорится в сообщении.

Обязан по закону сократить выбросы углерода, Shell удвоила потребление водорода, CCS, возобновляемые источники энергии

Виджевано из Shell, тем временем, указал, что усилия REFHYNE будут иметь центральное значение для достижения цели Shell по выходу к 2050 году к нулевому энергетическому бизнесу. абсолютные выбросы углерода на 45% к 2030 году к уровню 2019 года.

Shell ожидает, что преобразование энергетической системы до нулевого уровня выбросов потребует «одновременных действий в трех областях -» беспрецедентного повышения эффективности использования энергии, резкого снижения углеродоемкости структуры энергетики и сокращение остаточных выбросов с помощью технологий и естественных поглотителей ». Однако в нем отмечается: «Хотя трудно предсказать точную комбинацию действий, которая приведет к достижению цели с нулевым результатом, сценарии помогают нам понять направление и темпы необходимого перехода.”Предоставлено: Shell Energy

Однако, как и многие другие крупные нефтяные компании, компания в начале этого года уже поставила одну из самых амбициозных климатических целей в отрасли — сократить углеродоемкость своей продукции как минимум на 6% к 2023 году (по сравнению с 2016 годом. уровней), на 20% к 2030 году, на 45% к 2035 году и на 100% к 2050 году по сравнению с уровнями 2016 года. В своей Стратегии перехода к энергетике, опубликованной в мае этого года, за неделю до знаменательного решения окружного суда Гааги, компания изложила планы по увеличению улавливания и хранения углерода, удвоению продаж электроэнергии до 560 ТВтч в год к 2030 году и развитию интегрированных водородных узлов.

Shell стремится закрепить лидирующие позиции в водороде, разрабатывая интегрированные водородные узлы первоначально для обслуживания промышленности и большегрузного транспорта. «Мы начнем с производства и поставки водорода для наших собственных производственных площадок, особенно для нефтеперерабатывающих заводов», — говорится в сообщении. «Мы также продолжим расширять нашу сеть розничных водородных станций, уделяя все больше внимания большегрузному транспорту». Предоставлено: Shell Energy

«Рынок чистого водорода все еще находится на начальной стадии, и его объемы все еще скромны.Но мы видим большой потенциал для роста, особенно в труднодоступных секторах экономики. Мы стремимся к 2030 году достичь двузначной доли рынка в мировых продажах чистого водорода », — говорится в сообщении.

На данный момент Shell также планирует развивать свой энергетический бизнес с упором на Европу, США, Австралию и Азию. В этом году он заключил крупные сделки в области оффшорной ветроэнергетики, в том числе по совместной разработке проекта оффшорной ветроэнергетики мощностью 380 МВт с компанией Amazon у побережья Нидерландов, а также контрольную долю в проекте плавучей ветровой энергии Emerald мощностью 1 ГВт на шельфе Ирландии.На прошлой неделе в рамках консорциума, в который входит французская EDF, Shell также выиграла тендер на строительство ветряной электростанции Atlantic Shores мощностью 1,5 ГВт.

Среди известных береговых предприятий Shell — когенерационная установка мощностью 250 МВт на ее нефтехимическом комплексе стоимостью в несколько миллиардов долларов в Пенсильвании, которая будет использовать водород в качестве источника топлива. Shell также строит новую когенерационную установку на нефтеперерабатывающем заводе Rheinland, которая будет использовать природный газ и 150 тонн пара в час для выработки электроэнергии.

— Sonal Patel — старший помощник редактора POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine)

Возобновляемый электролиз | Водородные и топливные элементы

Исследования в области электролиза возобновляемых источников энергии

NREL сосредоточены на проектировании, разработке и тестировании. передовые экспериментальные и аналитические методы улучшения электролизной батареи и системы эффективность.

Связанные виды деятельности включают:

• Характеристики электролизера в условиях переменной входной мощности
• Проектирование и разработка общих блоков силовой электроники и контроллеров для уменьшения стоимость системы и оптимизация производительности
• Выявление возможностей снижения затрат за счет прорывной интеграции компонентов
• Тестирование, оценка и оптимизация производительности системы возобновляемого электролиза для производство водорода и когенерация электроэнергии / водорода.

Узнайте о проекте преобразования ветра в водород, в котором для производства водорода используется электричество ветряных турбин и солнечных батарей.

Системная инженерия, моделирование и анализ

NREL разрабатывает и проверяет модели компонентов и систем для оценки и оптимизации различных системных сценариев и стратегий управления для производства возобновляемого водорода и электроэнергии / водорода когенерация.

На этой диаграмме показаны различные сценарии производства водорода и электроэнергии из возобновляемых источников.

В 2011 году NREL провел обширный анализ затрат на производство водорода с помощью ветровой электролиз воды на потенциальных объектах по всей стране. Обратитесь к инструменту анализа затрат на производство водорода, чтобы просмотреть результаты этого анализа.

Интеграция систем и разработка компонентов

NREL разрабатывает интерфейсы силовой электроники для возобновляемых систем электролиза для определения характеристик и проверить работу электрохимических устройств.Тестирование также исследует, как колебания выходной мощности ветряной турбины влияют на работу электролизера. Системы производительность оценивается количественно на основе эффективности систем аккумуляторных батарей и электролизеров. а также их способность использовать возобновляемые источники электроэнергии.

Системы электролиза возобновляемых источников, которые изучает NREL, включают обычный постоянный ток. (DC) шина (электрический провод), закрепленная с аккумуляторной батареей, подключенной к ветряной турбине, фотоэлектрическая матрица и электролизер.Обычно небольшие ветряные турбины устанавливают для зарядки аккумуляторов и требует подключения к шине постоянного тока постоянного напряжения и питания электроника для регулирования выходной мощности и преобразования переменного тока (AC) в округ Колумбия.

В имеющихся в продаже системах электролизера блок электролизера принимает постоянный ток. потребляемая мощность от бортового преобразователя питания. Электролизер регулирует мощность до стек и работает при фиксированном токе стека.Адреса для характеристических испытаний работа водородных батарей при переменном токе без фиксированной мощности поставка.

Характеристики и испытания

NREL работает с национальными и международными лидерами отрасли для разработки на основе консенсуса характеристики и протоколы испытаний электролизеров на возобновляемых источниках энергии и для сравнения производительность электролизеров различных производителей.

На основе фактических эксплуатационных данных ветряных электростанций, фотоэлектрических элементов и прогнозируемых с переключением нагрузки, эти протоколы испытаний применимы к работе электролизера при переменном входе условия питания.

NREL использует протоколы для тестирования электролизеров на месте. Конкретные показатели эффективности включают чистоту водорода при малой мощности и долгосрочное воздействие переменных мощность системы электролизера и эффективность батареи.

Помещения

Исследования электролиза возобновляемых источников энергии NREL проводятся в Energy Systems Integration. Лаборатория в Комплексе интеграции энергосистем.

Контакт

Кевин Харрисон

Электронная почта
303-630-2439

Электролизер CO2 со щелочным полимерным электролитом, работающий на чистой воде

Электрохимическое преобразование CO ₂ в топливо или химические вещества является привлекательным подходом, который может сочетать устойчивое использование энергии и рециркуляцию углерода, но его практическая возможность все еще неясна, поскольку реакция восстановления CO ₂ (CO ₂ RR) до настоящего времени в основном изучалась в растворах электролитов с небольшими плотностями тока, ограниченными растворимостью CO ₂ .Таким образом, важной и актуальной задачей является разработка электролизеров CO ₂ , способных продемонстрировать возможность крупномасштабной конверсии CO ₂ , в частности аналогов водных электролизеров с использованием газодиффузионных электродов на основе полимерного электролита. Здесь мы сообщаем об высокоэффективном электролизере CO ₂ , в котором используются щелочные полимерные электролиты (APE). Высокопроводящий и стабильный APE, четвертичный аммиак поли ( N -метилпиперидин- co-p -терфенил) (QAPPT), применялся как в качестве мембранного сепаратора, так и в качестве иономера, пропитывающего газодиффузионные электроды.Сухой CO ₂ подавали на катод Au с фарадеевской эффективностью производства CO (COFE) более 85%, и реакция выделения кислорода (OER) протекала на аноде IrO ₂ , на который подавалась чистая вода. . Ячейка работала при температурах до 80 ° C, а плотность тока достигала 0,5 А · см ⁻² при 3 В при 60 ° C. Стабильность этого электролизера была проверена при 0,1 А · см ⁻² , и напряжение ячейки оставалось стабильным на уровне 2.25 В более 100 ч, при сохранении COFE на уровне 90–95%.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.