Diseño y Escalado de Electrolizadores de Agua AEM de Cero Espacio para la Producción de Hidrógeno
Autores: Loh, Adeline; Li, Xiaohong; Sluijter, Soraya; Shirvanian, Paige; Lai, Qingxue; Liang, Yanyu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño y Escalado de Electrolizadores de Agua AEM de Cero Espacio para la Producción de Hidrógeno
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Diseño
AEM
Electrólito
Catalizadores
Parámetros de operación
Rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se describe el diseño de una celda electrolizadora de agua de membrana de intercambio aniónico (AEM) para producción de hidrógeno de 10 cm2 (3.4 cm por 3.4 cm) y de 100 cm2 (10 cm por 10 cm). Las celdas AEM se basan en una configuración de cero espacio donde la AEM está intercalada entre el ánodo y el cátodo para minimizar la caída de voltaje entre los electrodos. Se emplearon catalizadores de aleación metálica y óxido metálico a base de níquel no precioso. Se llevaron a cabo varios experimentos para comprender los efectos de los parámetros operativos, como las densidades de corriente, las concentraciones de electrolito y los regímenes de prueba en el rendimiento de las celdas electrolizadoras AEM de 10 cm2 y 100 cm2. Se observó que el aumento de la concentración de electrolito resultaba en reducciones de los sobrepotenciales que eran proporcionales a la corriente aplicada, mientras que el uso de catalizadores mejoraba el rendimiento de manera consistente en el rango de densidades de corriente probadas. Se demostraron pruebas galvanostáticas extendidas e intermitentes en ambas celdas de 10 cm2 y 100 cm2, logrando mayores eficiencias de voltaje con el uso de electrocatalizadores. Las pruebas de estabilidad en la celda electrolizadora AEM de 100 cm2 ensamblada con electrodos recubiertos de catalizador demostraron que los voltajes de la celda se mantenían estables en 2.03 V y 2.17 V durante 72 horas de operación en electrolito de 4 M KOH y 1 M KOH, respectivamente, a una densidad de corriente de 0.3 A cm-2 a 323 K. Se enfatiza la inclusión de pruebas de carga cíclica en los protocolos de prueba para una evaluación racional del rendimiento de la celda, ya que se observó que esto aceleraba la tasa de mecanismos de degradación, como la degradación de la membrana.
Descripción
Se describe el diseño de una celda electrolizadora de agua de membrana de intercambio aniónico (AEM) para producción de hidrógeno de 10 cm2 (3.4 cm por 3.4 cm) y de 100 cm2 (10 cm por 10 cm). Las celdas AEM se basan en una configuración de cero espacio donde la AEM está intercalada entre el ánodo y el cátodo para minimizar la caída de voltaje entre los electrodos. Se emplearon catalizadores de aleación metálica y óxido metálico a base de níquel no precioso. Se llevaron a cabo varios experimentos para comprender los efectos de los parámetros operativos, como las densidades de corriente, las concentraciones de electrolito y los regímenes de prueba en el rendimiento de las celdas electrolizadoras AEM de 10 cm2 y 100 cm2. Se observó que el aumento de la concentración de electrolito resultaba en reducciones de los sobrepotenciales que eran proporcionales a la corriente aplicada, mientras que el uso de catalizadores mejoraba el rendimiento de manera consistente en el rango de densidades de corriente probadas. Se demostraron pruebas galvanostáticas extendidas e intermitentes en ambas celdas de 10 cm2 y 100 cm2, logrando mayores eficiencias de voltaje con el uso de electrocatalizadores. Las pruebas de estabilidad en la celda electrolizadora AEM de 100 cm2 ensamblada con electrodos recubiertos de catalizador demostraron que los voltajes de la celda se mantenían estables en 2.03 V y 2.17 V durante 72 horas de operación en electrolito de 4 M KOH y 1 M KOH, respectivamente, a una densidad de corriente de 0.3 A cm-2 a 323 K. Se enfatiza la inclusión de pruebas de carga cíclica en los protocolos de prueba para una evaluación racional del rendimiento de la celda, ya que se observó que esto aceleraba la tasa de mecanismos de degradación, como la degradación de la membrana.