Descripción general de la producción de hidrógeno PEM mediante electrólisis de agua II

Descripción general de la producción de hidrógeno PEM mediante electrólisis de agua II

Componentes de la pila electrolzer

Los componentes utilizados en electrólisis PEM son fundamentales para una pila con buen rendimiento y durabilidad. Los componentes clave incluyen placas bipolares, colectores de corriente y conjuntos de electrodos de membrana (MEA). Las placas bipolares tienen la tarea de distribuir uniformemente el agua a través de los colectores de corriente (o medios de difusión) dentro de la celda. Las características de las placas bipolares son un desafío para cualquier clase de materiales debido a la presencia de oxígeno, un ambiente ácido y una alta sobretensión. El diseño y la selección de materiales de las placas bipolares en PEMWE son cuestiones críticas para científicos e ingenieros.

Las principales funciones de las placas bipolares en PEMWE son las siguientes:
1. Conduce electrones para completar el circuito y conecta celdas individuales en serie para formar un paquete de baterías.
2. Proporcione una ruta de flujo para distribuir uniformemente el agua en el colector de corriente (o medio de difusión)
3. Separar oxígeno e hidrógeno.
4. Proporcionar una estructura para soportar los electrodos de membrana de la batería.
5. Proporcionar conducción de calor para gestionar la temperatura del electrolizador.

Para realizar estas importantes funciones, el material de la placa bipolar debe tener propiedades especiales, como alta conductividad eléctrica y térmica, baja permeabilidad a los gases, alta resistencia mecánica y resistencia a la corrosión.

Actualmente, se utilizan diversos materiales en las placas bipolares, incluidos titanio, grafito y acero inoxidable revestido. Sin embargo, el grafito no garantiza un alto rendimiento en PEMWE debido a su alta tasa de corrosión y baja resistencia mecánica. El titanio tiene excelentes propiedades pero forma una capa pasiva de óxido que reduce su resistencia de contacto y conductividad térmica. Este fenómeno puede degradar el rendimiento de la pila con el tiempo. También se han estudiado placas bipolares de titanio recubiertas de oro, con buenos resultados en términos de estabilidad. Sin embargo, este proceso aumenta el coste de los componentes. El acero inoxidable recubierto es una alternativa más económica al titanio, pero pequeños defectos en el recubrimiento exponen el metal a la corrosión. La corrosión del metal provoca la destrucción del revestimiento, lo que aumenta la resistencia óhmica. Además, los iones metálicos disueltos se difunden hacia la membrana PEM y reducen la conductividad iónica, lo que resulta en una mayor degradación de la membrana.

Las placas bipolares y las capas de difusión son los componentes más caros de un PEMWE. La capa de difusión tiene la función de transferir electrones de la capa catalítica a las placas bipolares y eliminar gases (hidrógeno y oxígeno) de la capa catalítica. Por tanto, la porosidad y la conductividad son parámetros importantes para la capa de difusión. El tamaño y la estructura de los poros son factores críticos porque los gases deben salir de la celda y el agua se mantiene cerca de la capa catalítica. Una estructura de poros inadecuada puede aumentar el voltaje de la celda hasta 100 mV a 2 A cm-2.