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Electrólisis alcalina del agua La electrólisis alcalina del agua (ALK) se refiere a la tecnología de producción de hidrógeno mediante la electrólisis del agua en un medio electrolítico alcalino. El electrolito suele ser una solución de hidróxido de potasio (KOH) al 30 % (p/p). El sistema de electrólisis alcalina del agua para la producción de hidrógeno consta principalmente de un electrolizador alcalino y un sistema auxiliar BOP (Balance of Plant). Las placas del ánodo y el cátodo no requieren materiales de metales preciosos, lo que reduce eficazmente el coste de fabricación del electrolizador y ofrece importantes ventajas económicas. Actualmente, es una de las tecnologías principales para la producción de hidrógeno verde a gran escala.
Figura 1. Diagrama de la estructura del sistema de producción de hidrógeno ALK.
El cuerpo principal del electrolizador alcalino se compone de elementos esenciales como placas terminales, juntas de sellado, placas de electrodos, electrodos y diafragmas. La unidad completa consta de decenas o cientos de cámaras de electrólisis. Estas cámaras se fijan a las placas terminales mediante tornillos, formando una estructura cilíndrica o cuadrada. Cada cámara está dividida por dos placas de electrodos adyacentes e incluye seis componentes principales: placas bipolares positiva y negativa, ánodo, diafragma, junta de sellado y cátodo. Estos componentes trabajan conjuntamente para garantizar una reacción de electrólisis estable y eficiente.
Figura 2. Fotografía del electrolizador.
Cuando se aplica un voltaje de CC entre el ánodo y el cátodo de un electrolito alcalino, se forma un campo eléctrico estable entre los electrodos. Impulsados por este campo eléctrico, los iones hidróxido (OH-) cerca del ánodo experimentan una reacción redox y se consumen continuamente, lo que provoca una disminución en su concentración. Mientras tanto, las moléculas de agua cerca del cátodo experimentan una reacción de reducción, generando una gran cantidad de iones hidróxido, lo que conlleva un aumento continuo en su concentración. Para mantener el equilibrio dinámico de la concentración iónica en el electrolito, los iones hidróxido migran desde la cámara del cátodo a la del ánodo a través del diafragma. Simultáneamente, los electrones fluyen del ánodo al cátodo a través del circuito externo, formando una corriente continua, lo que permite la conversión de energía eléctrica en energía química, provocando finalmente la descomposición continua de las moléculas de agua en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2).
Reacción de oxidación anódica: 4OH- - 4e- = H2O + O2↑
Reacción de reducción catódica: 2H2O + 2e- = 2OH- + H2↑
Clasificación de electrolizadores por diferentes tipos
| Tipo | Características estructurales | Ventajas | Desventajas | |
| Configuración de la fuente de alimentación | Etapa única | Estructura simple, electrodos conectados en paralelo, bajo voltaje de celda y alta corriente. | Estructura robusta y sencilla, alta fiabilidad, celdas individuales fáciles de mantener y reemplazar. | Requiere una fuente de alimentación de CC de alta corriente, ocupa mucho espacio, presenta altas pérdidas térmicas a temperaturas elevadas y no es apto para funcionamiento a alto voltaje. |
| Bipolar | Electrodos conectados en serie, alto voltaje de celda y baja corriente, actualmente el diseño predominante. | Alta eficiencia eléctrica, estructura compacta, ahorra espacio, apto para funcionamiento a alta presión y alta temperatura. | Estructura compleja, requisitos de alta precisión para los componentes, alto costo de mantenimiento. | |
| Configuración de la placa | Placa tejida (protuberancias en forma de bola) | Superficie estampada con protuberancias y depresiones esféricas, que forman de forma natural canales de flujo y estructuras de soporte. | Distribución uniforme del campo de flujo, bajo consumo de energía. | Estructura compleja, alto coste, optimización de parámetros difícil. |
| Placa plana | Estructura plana, requiere malla de soporte para construir canales de flujo. | Estructura simple, buena escalabilidad, rentable, alta densidad de corriente. | Mayor peso, ventajas en el campo de flujo menos prominente | |
| Configuración del marco | Estructura metálica | Hecho de material metálico | Alta resistencia, excelente resistencia a la corrosión, coeficiente de expansión térmica adecuado. | Peso elevado, alto coste de fabricación. |
| Marco de resina | Termoplásticos de alto rendimiento como la polisulfona (PSU) y el sulfuro de polifenileno (PPS). | Ligero, buena resistencia química, flexibilidad de diseño, tolerancia a alta presión. | Afrontamos desafíos para garantizar la fiabilidad cuando se conectan componentes metálicos. | |
| Configuración de la membrana | Membrana de PPS | Tejido de sulfuro de polifenileno, actualmente la opción más popular. | Excelente resistencia al calor, alta rigidez, excepcional resistencia al desgaste, fuerte resistencia a la corrosión, buena estabilidad dimensional a altas temperaturas. | Alta resistencia eléctrica, baja hidrofilicidad. |
| Membrana compuesta | Sustrato de PPS con recubrimiento inorgánico (por ejemplo, ZrO2), rendimiento superior, que está ganando adopción gradualmente. | Buena hidrofilia, baja resistencia, fuerte barrera contra gases, larga vida útil. | Riesgo de deslaminación del recubrimiento y preocupaciones asociadas sobre su vida útil. | |
| Membrana de amianto | Material tradicional, utilizado históricamente | Resistente a la corrosión química, tolera altas temperaturas, fuerte hidrofilicidad. | Tóxico, restringido o prohibido en la mayoría de los países. |
Impulsada por los objetivos de "doble carbono", la industria del hidrógeno verde está entrando en una fase de rápido desarrollo. La electrólisis alcalina del agua para la producción de hidrógeno, como ruta de producción de hidrógeno verde tecnológicamente madura y de coste controlable, desempeña un papel crucial. Como equipo principal, el electrolizador alcalino cuenta con diversas rutas técnicas (ya sean placas con boquillas o placas planas, electrodos metálicos o de resina, o membranas de PPS o compuestas), cada una con sus escenarios adecuados y ventajas e inconvenientes en cuanto a rendimiento. No existe una solución absolutamente óptima; es necesario realizar una selección razonable en función de los requisitos específicos de la aplicación. El rendimiento de los electrolizadores alcalinos se optimiza continuamente, con una disminución del consumo energético y un aumento de la vida útil, lo que mejora aún más su viabilidad económica y su potencial para aplicaciones a gran escala. En el futuro, los electrolizadores alcalinos, con sus ventajas fundamentales como su alta madurez tecnológica, su gran capacidad por unidad y la ausencia de necesidad de catalizadores de metales preciosos, seguirán liderando los proyectos de hidrógeno verde a gran escala, desempeñando un papel vital en el desarrollo de la industria del hidrógeno verde y proporcionando un sólido apoyo para alcanzar los objetivos de "doble carbono".
Preguntas frecuentes:
1. ¿Quiénes somos?
Estamos ubicados en Anhui, China, operamos desde 2011 y vendemos a los mercados del sudeste asiático, América del Norte, Europa del Este y Asia Meridional.
2. ¿Se puede personalizar la potencia o el voltaje nominal?
Sí, personalizar los productos es aceptable.
3. ¿Puede su empresa proporcionar el sistema completo (pila de combustible, producción de hidrógeno, almacenamiento de hidrógeno, sistema de suministro de hidrógeno)?
Sí, podemos proporcionarle los accesorios necesarios.
4. ¿Por qué debería comprarnos a nosotros y no a otros proveedores?
Contamos con un equipo profesional y experimentado de investigación y desarrollo técnico. Capacidad para adaptar sistemas de control, realizar I+D y controlar la calidad. Ventaja de precio gracias a la integración de nuestra cadena de suministro.
5. ¿Cuáles son sus condiciones de pago?
Aceptamos pagos mediante Paypal, Alibaba, T/T, L/C, etc. Para pedidos al por mayor, cobramos el 50% antes de la producción y el saldo restante antes del envío.
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