Hybridní kyselá-alkalická elektrolýza vody je nová elektrochemická technologie. Vyrábí plynný vodík z vody. Funguje odlišně od tradiční technologie elektrolýzy vody. Tradiční systémy elektrolýzy používají pouze jeden typ elektrolytu. Pracují buď v alkalickém nebo kyselém prostředí uvnitř celého elektrolyzéru. Hybridní kyselá-alkalická elektrolýza vody využívá dva samostatné elektrolyty. Jedna komora článku obsahuje kyselý roztok. Druhá komora článku obsahuje alkalický roztok. Mezi oběma komorami je umístěna speciální membrána. Tato membrána zabraňuje vzájemné neutralizaci kyseliny a zásady.
Toto speciální nastavení umožňuje, aby každá poloviční chemická reakce proběhla v jejím nejlepším pH. Reakce vývoje vodíku (HER) probíhá v kyselé komoře. HER reakce probíhá rychleji v kyselém kapalném prostředí. Reakce vývoje kyslíku (OER) probíhá v alkalické komoře. OER reakce probíhá rychleji v alkalickém kapalném prostředí. Každá chemická reakce probíhá za příznivých kinetických podmínek.
Obě komory mají různé hodnoty pH. Tento rozdíl tvoří gradient chemického potenciálu. Tento gradient mění reverzibilní potenciál vodíkové elektrody na obou elektrodách. Tato změna snižuje vnější napětí potřebné k rozdělení molekul vody. Systém kombinuje chemickou potenciální energii a elektrickou energii. Tato kombinace snižuje celkovou spotřebu energie procesu.
Klíčové součásti systému
Bipolární membrána (BPM). BPM je základní součástí systému. Má katexovou vrstvu (CEL) a aniontoměničovou vrstvu (AEL). Obě vrstvy se spojí. Na spoji obou vrstev zůstává katalyzátor disociace vody. BPM produkuje protony a hydroxidové ionty pod reverzní polarizací -bias. Protony se přesunou do kyselé komory. Hydroxidové ionty se pohybují do alkalické komory. BPM udržuje stabilní gradient pH uvnitř elektrolyzéru.
Elektrody. Anoda je umístěna v alkalické komoře. Anoda podporuje OER reakci. Materiály na bázi niklu-jsou běžným základním materiálem pro anody. Nikl tkané pletivo je spolehlivou platformou pro práci s elektrodami. Katoda je umístěna v kyselé komoře. Katoda podporuje HER reakci. Bifunkční elektrokatalyzátory mohou řídit reakce HER i OER. Tento bifunkční výkon mají nanodrátkové elektrody kobalt-niklu.
Výkonové výhody
Mnoho výzkumných testů dokazuje, že tato technologie má lepší pracovní výkon. Jeho rychlost výroby vodíku je čtyřikrát vyšší než u tradiční alkalické elektrolýzy při 2,2 V. Jeho spotřeba energie klesne asi o 30 % při proudové hustotě 200 mA/cm². Systém dosahuje proudové hustoty 200 mA/cm² s napětím článků pouze 1,39 V. Tento výkon je lepší než u většiny tradičních vodních elektrolyzérů. Asymetrická elektrolýza vody založená na BPM-je dobrou alternativou k tradičním systémům proton výměnné membrány a systémům aniontoměničové membrány.
Tato technologie podporuje-návrh a výrobu elektrolyzéru ve velkém měřítku. Umožňuje flexibilní úpravy složení elektrolytu. Systém může pracovat s nejnovějšími pokročilými elektrokatalyzátory. Systém má stabilní dlouhodobou-funkčnost. Jeden cirkulační elektrolyzér běží stabilně více než 25 hodin. Udržuje proudovou hustotu 10 mA/cm² při 1,550 V. Systém může pracovat i se solárním napájením o napětí 0,908 V.
