Hybridihappo-emäksinen vesielektrolyysi on uusi sähkökemiallinen tekniikka. Se tuottaa vetykaasua vedestä. Se toimii eri tavalla kuin perinteinen vesielektrolyysitekniikka. Perinteiset elektrolyysijärjestelmät käyttävät vain yhtä elektrolyyttityyppiä. Ne toimivat joko alkalisissa tai happamissa olosuhteissa koko elektrolyysikennon sisällä. Hybridihappo-emäksinen vesielektrolyysi käyttää kahta erillistä elektrolyyttiä. Yhdessä kennokammiossa on hapan liuos. Toisessa kennokammiossa on alkalista liuosta. Kahden kammion välissä on erityinen kalvo. Tämä kalvo estää hapon ja alkalin neutraloimasta toisiaan.
Tämä erikoisasetus sallii jokaisen puolikkaan kemiallisen reaktion tapahtua parhaassa pH-tilassa. Vedyn kehittymisreaktio (HER) tapahtuu happamassa kammiossa. HER-reaktio toimii nopeammin happamissa nestemäisissä ympäristöissä. Hapen kehitysreaktio (OER) tapahtuu alkalisessa kammiossa. OER-reaktio etenee nopeammin emäksisessä nestemäisessä ympäristössä. Jokainen kemiallinen reaktio toimii suotuisissa kineettisissä olosuhteissa.
Molemmilla kammioilla on erilaiset pH-arvot. Tämä ero muodostaa kemiallisen potentiaaligradientin. Tämä gradientti muuttaa palautuvaa vetyelektrodipotentiaalia molemmilla elektrodeilla. Tämä muutos alentaa ulkoista jännitettä, joka tarvitaan vesimolekyylien jakamiseen. Järjestelmä yhdistää kemiallisen potentiaalienergian ja sähköenergian. Tämä yhdistelmä vähentää prosessin kokonaisenergiankulutusta.
Järjestelmän keskeiset osat
Bipolaarinen kalvo (BPM). BPM on järjestelmän ydin. Siinä on kationinvaihtokerros (CEL) ja anioninvaihtokerros (AEL). Kaksi kerrosta kiinnittyvät toisiinsa. Veden dissosiaatiokatalyytti jää kahden kerroksen liitoskohtaan. BPM tuottaa protoneja ja hydroksidi-ioneja käänteisen-biaspolarisaation alaisena. Protonit siirtyvät happokammioon. Hydroksidi-ionit siirtyvät alkaliseen kammioon. BPM pitää vakaan pH-gradientin elektrolyysikennon sisällä.
Elektrodit. Anodi asetetaan alkaliseen kammioon. Anodi tukee OER-reaktiota. Nikkeli-pohjaiset materiaalit ovat yleisiä anodien perusmateriaaleja. Nikkelillä kudottu verkko on luotettava alusta elektrodityöhön. Katodi asetetaan happokammioon. Katodi tukee HER-reaktiota. Bifunktionaaliset sähkökatalyytit voivat ohjata sekä HER- että OER-reaktioita. Koboltti-nikkelifosfidin nanolankaelektrodeissa on tämä bifunktionaalinen suorituskyky.
Suorituskyvyn edut
Monet tutkimustestit osoittavat, että tällä tekniikalla on parempi suorituskyky. Sen vedyntuotantonopeus on neljä kertaa suurempi kuin perinteinen alkalinen elektrolyysi 2,2 V jännitteellä. Sen energiankulutus laskee noin 30 % virrantiheydellä 200 mA/cm². Järjestelmä saavuttaa virrantiheyden 200 mA/cm² vain 1,39 V kennojännitteellä. Tämä suorituskyky on parempi kuin useimmat perinteiset vesielektrolysaattorit. BPM{10}}pohjainen epäsymmetrinen vesielektrolyysi on hyvä vaihtoehto perinteisille protoninvaihtokalvojärjestelmille ja anioninvaihtokalvojärjestelmille.
Tämä tekniikka tukee laajamittaista{0}}elektrolysaattorien suunnittelua ja tuotantoa. Se mahdollistaa elektrolyyttikoostumuksen joustavat säädöt. Järjestelmä voi toimia uusimpien kehittyneiden sähkökatalyyttien kanssa. Järjestelmällä on vakaa pitkän ajan-työkyky. Yksi kiertävä elektrolyysilaite toimii vakaasti yli 25 tuntia. Se pitää virrantiheyden 10 mA/cm² 1,550 V:n jännitteellä. Järjestelmä voi toimia myös aurinkoenergialla 0,908 V:n jännitteellä.
