Hibridna elektroliza kisele-alkalne vode nova je elektrokemijska tehnologija. Iz vode stvara vodikov plin. Djeluje drugačije od tradicionalne tehnologije elektrolize vode. Tradicionalni sustavi elektrolize koriste samo jednu vrstu elektrolita. Rade ili u alkalnim ili kiselim uvjetima unutar cijele elektrolizne ćelije. Hibridna elektroliza kisele-alkalne vode koristi dva odvojena elektrolita. Jedna stanična komora sadrži kiselu otopinu. Druga stanična komora sadrži alkalnu otopinu. Između dvije komore nalazi se posebna membrana. Ova membrana sprječava kiselinu i lužinu da se međusobno neutraliziraju.
Ova posebna postavka omogućuje da se svaka polovica kemijske reakcije odvija u najboljem pH stanju. Reakcija razvijanja vodika (HER) događa se u kiseloj komori. HER reakcija teče brže u kiselim tekućim sredinama. Reakcija oslobađanja kisika (OER) događa se u alkalnoj komori. OER reakcija teče brže u alkalnim tekućim sredinama. Svaka kemijska reakcija odvija se pod povoljnim kinetičkim uvjetima.
Dvije komore imaju različite pH vrijednosti. Ova razlika tvori gradijent kemijskog potencijala. Ovaj gradijent mijenja reverzibilni potencijal vodikove elektrode na obje elektrode. Ova promjena smanjuje vanjski napon potreban za cijepanje molekula vode. Sustav kombinira kemijsku potencijalnu energiju i električnu energiju. Ova kombinacija smanjuje ukupnu potrošnju energije procesa.
Ključne komponente sustava
Bipolarna membrana (BPM). BPM je temeljni dio sustava. Ima sloj kationske izmjene (CEL) i sloj anionske izmjene (AEL). Dva se sloja spajaju. Katalizator disocijacije vode ostaje na spoju dvaju slojeva. BPM proizvodi protone i hidroksidne ione pod obrnutom-bias polarizacijom. Protoni se kreću u kiselu komoru. Hidroksidni ioni prelaze u alkalnu komoru. BPM održava stabilan pH gradijent unutar ćelije za elektrolizu.
elektrode. Anoda se nalazi u alkalnoj komori. Anoda podržava OER reakciju. Materijali na bazi-nikla uobičajeni su osnovni materijal za anode. Mreža od nikla je pouzdana platforma za rad s elektrodama. Katoda se nalazi u kiseloj komori. Katoda podržava HER reakciju. Bifunkcionalni elektrokatalizatori mogu pokrenuti i HER i OER reakcije. Kobalt-nikl fosfidne nanožičane elektrode imaju ovu bifunkcionalnu izvedbu.
Prednosti izvedbe
Mnoga istraživanja dokazuju da ova tehnologija ima bolju radnu izvedbu. Njegova brzina proizvodnje vodika je četiri puta veća od tradicionalne alkalne elektrolize na 2,2 V. Njegova potrošnja energije pada za oko 30% pri gustoći struje od 200 mA/cm². Sustav postiže gustoću struje od 200 mA/cm² uz napon ćelije od samo 1,39 V. Ova izvedba bolja je od većine tradicionalnih elektrolizatora vode. Asimetrična elektroliza vode koja se temelji na BPM-dobra je alternativa tradicionalnim membranskim sustavima za izmjenu protona i membranskim sustavima za anionsku izmjenu.
Ova tehnologija podržava dizajn i proizvodnju-elektrolizera velikih razmjera. Omogućuje fleksibilne prilagodbe sastava elektrolita. Sustav može raditi s najnovijim naprednim elektrokatalizatorima. Sustav ima stabilnu dugoročnu radnu-sposobnost. Jedan cirkulirajući elektrolizer radi stabilno više od 25 sati. Održava gustoću struje od 10 mA/cm² na 1,550 V. Sustav također može raditi sa solarnom energijom na naponu od 0,908 V.
