Hybridsyre-alkalisk vannelektrolyse er en ny elektrokjemisk teknologi. Den lager hydrogengass fra vann. Den fungerer annerledes enn tradisjonell vannelektrolyseteknologi. Tradisjonelle elektrolysesystemer bruker bare én type elektrolytt. De kjører med enten alkaliske forhold eller sure forhold inne i hele elektrolysecellen. Hybridsyre-alkalisk vannelektrolyse bruker to separate elektrolytter. Ett cellekammer inneholder en sur løsning. Det andre cellekammeret inneholder en alkalisk løsning. En spesiell membran sitter mellom de to kamrene. Denne membranen stopper syre og alkali fra å nøytralisere hverandre.
Dette spesielle oppsettet lar hver halve kjemiske reaksjon skje i sin beste pH-tilstand. Hydrogenutviklingsreaksjonen (HER) skjer i det sure kammeret. HER-reaksjonen går raskere i sure væskemiljøer. Oksygenutviklingsreaksjonen (OER) skjer i det alkaliske kammeret. OER-reaksjonen går raskere i alkaliske væskemiljøer. Hver kjemisk reaksjon fungerer under gunstige kinetiske forhold.
De to kamrene har forskjellige pH-verdier. Denne forskjellen danner en kjemisk potensialgradient. Denne gradienten endrer det reversible hydrogenelektrodepotensialet på begge elektrodene. Denne endringen senker den eksterne spenningen som trengs for å splitte vannmolekyler. Systemet kombinerer kjemisk potensiell energi og elektrisk energi. Denne kombinasjonen reduserer den totale energibruken til prosessen.
Nøkkelkomponenter i systemet
Bipolar membran (BPM). BPM er kjernedelen av systemet. Den har et kationbytterlag (CEL) og et anionbytterlag (AEL). De to lagene bindes sammen. En vanndissosiasjonskatalysator forblir ved skjøten av de to lagene. BPM produserer protoner og hydroksidioner under omvendt-biaspolarisering. Protoner beveger seg inn i det sure kammeret. Hydroksydioner beveger seg inn i det alkaliske kammeret. BPM holder den stabile pH-gradienten inne i elektrolysecellen.
Elektroder. Anoden plasseres i det alkaliske kammeret. Anoden støtter OER-reaksjonen. Nikkel-baserte materialer er det vanlige basismaterialet for anoder. Nikkelvevet mesh er en pålitelig plattform for elektrodearbeid. Katoden plasseres i det sure kammeret. Katoden støtter HER-reaksjonen. Bifunksjonelle elektrokatalysatorer kan drive både HER- og OER-reaksjoner. Kobolt-nikkelfosfid nanotrådelektroder har denne bifunksjonelle ytelsen.
Ytelsesfordeler
Mange forskningstester viser at denne teknologien har bedre arbeidsytelse. Hydrogenproduksjonshastigheten er fire ganger høyere enn tradisjonell alkalisk elektrolyse ved 2,2 V. Energibruken faller med omtrent 30 % ved en strømtetthet på 200 mA/cm². Systemet når en strømtetthet på 200 mA/cm² med kun 1,39 V cellespenning. Denne ytelsen er bedre enn de fleste tradisjonelle vannelektrolysatorer. Den BPM-baserte asymmetriske vannelektrolysen er et godt alternativ til tradisjonelle protonutvekslingsmembransystemer og anionbyttermembransystemer.
Denne teknologien støtter-elektrolysatordesign og produksjon i stor skala. Den tillater fleksible justeringer av elektrolyttsammensetningen. Systemet kan fungere med de nyeste avanserte elektrokatalysatorene. Systemet har stabil-arbeidsevne. En enkelt sirkulerende elektrolysator går stabilt i over 25 timer. Det holder en strømtetthet på 10 mA/cm² ved 1.550 V. Systemet kan også fungere med solenergi ved en spenning på 0,908 V.
