Electrolizador de hidrógeno Pem

 

Pequeño volumen

• Alta densidad de corriente operativa (1,5~3A/cm²)
• Espesor del área central del tanque inferior a 1 m.
• Sistema de control auxiliar integrado montado sobre patines

Alta eficiencia

• Consumo de energía CC inferior a 4,3 kWh/Nm³
• Eficiencia térmica superior al 75%
• Electrodos de membrana PEM preferidos de nivel líder internacional
•  

 

1. Estabilidad mejorada en los parámetros operativos

1.1 Presión de operación sostenida:El electrolizador mantiene una presión de trabajo estable de 3,0 MPa, lo que garantiza la producción constante de hidrógeno a este nivel de presión. Esta adaptabilidad satisface diversos requisitos operativos y minimiza la necesidad de presurización adicional, reduciendo así los costos asociados.

1.2 Temperatura de funcionamiento óptima:Al operar dentro de un rango de temperatura de 70 ± 5 grados, el electrolizador exhibe una estabilidad y adaptabilidad excepcionales, lo que garantiza un rendimiento confiable en diferentes condiciones ambientales.

2. Rango ampliado de fluctuaciones de energía

Ajuste de potencia flexible: el electrolizador admite un amplio rango de ajuste de potencia que abarca del 5 % al 110 %. Esta amplia gama permite que el sistema funcione sin problemas incluso en medio de fluctuaciones significativas en el suministro de energía, lo que garantiza una producción ininterrumpida de hidrógeno.

3. Tecnología de puesta en marcha rápida

Arranque rápido en frío y en caliente: con capacidades de arranque rápido, el electrolizador minimiza el tiempo de inactividad de la producción. Los arranques en frío requieren menos de 5 minutos, lo que reduce significativamente el período de estancamiento en la producción. Además, los arranques en caliente tardan solo 5 segundos, lo que permite que el equipo alcance rápidamente su condición operativa óptima, mejorando así la eficiencia operativa.

 

Nombre	Parámetro
Capacidad de producción de hidrógeno (Nm3/h)	200
Capacidad máxima de producción de hidrógeno (Nm3/h)	240
Consumo de energía CC (kWh/Nm3)	Menor o igual a 4,3
Pureza del hidrógeno (antes de la purificación)	Mayor o igual a 99,9%
Gabinete del electrolizador: ancho x profundidad x alto (m)	0.8x0.6x1.5
Presión de funcionamiento (MPa)	3 . 0
Temperatura de funcionamiento (grados)	70±5
Temperatura ambiente (grados)	5~40
Rango de consumo de energía	5-1 2 0 %
Hora de inicio en frío (minutos)	Menor o igual a 5
Hora de inicio en caliente (segundo)	5
Vida útil (año)	Mayor o igual a 5
Electrólito	H2O
Unidad de separación
Capacidad nominal de procesamiento de oxígeno	100 Nm3/h
Pureza del oxígeno (condiciones operativas nominales)	>99.8%(0.2 MPa);>98,5%(3 MPa)
Temperatura de salida de oxígeno (grados)	70±5
Unidad de Purificación
Pureza del hidrógeno (después de la purificación)	Mayor o igual a 99,999%
Punto de rocío del hidrógeno	-70 grado
Temperatura de salida del hidrógeno	temperatura ordinaria

 

 

Estructura y principios de los electrolizadores PEM

Introducción

(1) El electrolizador de agua PEM utiliza una membrana de intercambio de protones para aislar el gas en ambos lados del electrodo, para superar la desventaja de las membranas de producción de hidrógeno por electrólisis alcalina en términos de permeabilidad del gas.

(2) El equipo principal incluye el electrolizador PEM y BOP;

(3) Este modelo cuesta más en las condiciones actuales;

 

Introducción a PEMWE

El electrolizador de agua PEM utiliza una membrana de intercambio de protones sólida (PEM) como electrolito y agua pura como reactivo. Debido a la baja permeabilidad del hidrógeno, la electrólisis PEM es capaz de producir hidrógeno de alta pureza que requiere la eliminación únicamente del vapor de agua, cuyo proceso es simple y seguro. El electrolizador está diseñado con una estructura de espacio cero con menor resistencia óhmica, lo que mejora significativamente la eficiencia general del proceso de electrólisis en un tamaño más compacto. Admite un rango más amplio de regulación de presión, con una presión de salida de hidrógeno de hasta grado MPa, que se adapta a la entrada de energía renovable que está cambiando rápidamente.

 

1. Principios de los electrolizadores PEM

Al igual que la pila de pilas de combustible, este tipo de electrolizador se compone de electrodos de membrana, placas y capas de difusión de gas. El ánodo de un electrolizador PEM funciona en un ambiente altamente ácido (pH≈2) y bajo un voltaje de electrólisis de 1,4~2,0 V, en el que la mayoría de los metales no nobles se corroerán y pueden combinarse con iones sulfonato en PEM, reduciendo así la capacidad de conducción de protones de PEM.

 

2. Catalizadores

La investigación sobre electrocatalizadores en electrolizadores PEM se centra principalmente en metales/óxidos nobles como Ir y Ru y aleaciones binarias y ternarias/óxidos mixtos basados ​​en ellos, y catalizadores a base de titanio como soportes. Actualmente, la carga de catalizadores de iridio en el ánodo es de aproximadamente 1 mg/cm2, y la carga de Pt de los catalizadores basados ​​en Pt/C en el cátodo es de aproximadamente 0.4~0.6 mg/cm2. El catalizador Ir0.7Ru0.3Ox preparado por el equipo de investigación italiano puede hacer que la celda electrolítica alcance 3,2 A·cm–2@1,85 V cuando la carga de Ir es de 1,5 mg/cm2. El catalizador Ir0.38/WxTi1-xO2 preparado por el equipo de investigación de Giner consigue que la celda electrolítica alcance 2 A cm-2@1,75 V cuando la carga de Ir es 0 .4 mg/cm2, y el contenido de Ir es sólo 1/5 del de los electrodos tradicionales. La carga total de catalizadores del grupo del platino en los electrodos de membrana debe reducirse a 0.125 mg/cm2.

Ru tiene una actividad catalítica REA intrínseca superior que Ir, pero Ru es menos estable. La aleación de Ru con Ir puede mejorar la actividad y estabilidad de los catalizadores. El catalizador Ir{{0}}.6Sn0.4 preparado por el Instituto Dalian de Física Química de la Academia de Ciencias de China puede alcanzar 2 A cm–2@1,82 V en la prueba del electrolizador completo. IrSn forma una estructura de solución sólida estable y el proceso de aleación con Sn mejora la dispersabilidad del Ir, ayudando así a reducir la carga de Ir.

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos y Giner han desarrollado conjuntamente una variedad de catalizadores de estructura metal-orgánica (MOF), que sólo cuestan la mitad de lo que cuestan los catalizadores tradicionales. Cuando el catalizador Co-MOFG-O está a 0,01 A/cm2, el sobrepotencial será de 1,644 V (frente a RHE), lo que supera a los catalizadores de Ir tradicionales en la prueba de desintegración de media celda, aunque aún quedan pruebas de celda completa por realizar.

 

3. PEM y electrodos de membrana

Las membranas más utilizadas en electrolizadores PEM incluyen Nafion (DuPont), la membrana Dow (The Dow Chemical Company), Flemion (Asahi Glass Co., Ltd.) y Aciplex-S (Asahi Chemical Industry Company), Neosepta-F (Deshan Químico) y otros. La membrana DSMTM desarrollada por Giner ha sido producida a gran escala, lo que es mejor en términos de propiedades mecánicas, delgadez, dimensiones estables durante las fluctuaciones de energía, arranque y parada, y mejor rendimiento en celdas de electrólisis reales que Nafion. Los productos PEM nacionales se encuentran en etapa de prueba.

 

El ánodo de la electrólisis de agua PEM debe ser resistente a la corrosión en ambientes ácidos y de alto potencial, y debe tener una estructura de orificio adecuada para permitir el paso del gas y el agua. Debido a las condiciones de reacción restringidas de la electrólisis del agua PEM, los materiales de electrodos de membrana (como materiales de carbono) comúnmente utilizados en las celdas de combustible PEM no se pueden usar para el ánodo de la electrólisis del agua. 3M ha desarrollado un electrodo de película fina nanoestructurado (NSTF), que utiliza catalizadores de Ir y Pt en el ánodo y el cátodo, respectivamente. La carga de Ir y Pt es 0.25 mg/cm2. Este electrodo puede funcionar de manera estable en un ambiente ácido y en condiciones de alto potencial. Su estructura en forma de varilla en la superficie mejora la dispersabilidad superficial de los catalizadores. Proton adopta el enfoque de deposición por pulverización directa para reducir la aglomeración de catalizadores, lo que hace que el Pt/C y el Ir sean de 0.1 mg/cm2 y el Ir O2 de 0.1 mg/cm2 depositados en la Membrana Nafion117. El rendimiento de una celda electrolítica es similar al de las celdas electrolíticas convencionales con alta carga de catalizadores (1,8 A cm–2@2V), que pueden funcionar de manera estable durante 500 horas a 2,3 V.

 

Taller de montaje de energía de hidrógeno de SANY

El amplio taller tiene una longitud de 216 metros y 72 metros de ancho, con tres zonas distintas que cubren un área combinada de aproximadamente 15000 metros cuadrados. La Zona A está dedicada a nuestra próxima línea de procesamiento de máquinas, cuya inauguración está prevista para 2024. La Zona B alberga nuestra línea de montaje de estaciones de servicio de hidrógeno, con una capacidad anual de 20 conjuntos de estaciones de servicio de hidrógeno. Mientras tanto, la Zona C alberga nuestra línea de montaje de equipos de producción de hidrógeno, capaz de producir electrolizadores de agua alcalina de 2 GW al año. La construcción de toda esta línea de producción comenzó en enero de 2023 y se completó rápidamente, lo que demuestra tanto la agilidad de SANY como nuestra destreza en la fabricación de equipos.

1. Estación de trabajo del robot de soldadura

La estación de trabajo del robot de soldadura, cuya disponibilidad está prevista para septiembre de 2023, representa un hito del equipo de I+D de SANY Robotics. Esta innovadora estación integra un sistema de desapilado de truss, un sistema de manipulación robótica, un sistema de soldadura láser, un sistema de reconocimiento visual y un sistema de volteo de placas bipolar. Cada cinco minutos, una placa bipolar se suelda sin costuras con la malla de electrodos y luego se transfiere rápidamente a la línea de montaje. Este proceso totalmente automatizado, desde la alimentación hasta la soldadura, no solo mejora la eficiencia sino que también estandariza las operaciones, minimizando el daño a los recubrimientos de las placas bipolares durante la manipulación y la rotación, elevando así la calidad del producto.

 

2. Soldadura por puntos de tabletas redondas

La utilización de soldadura por puntos para la fijación de tabletas redondas supera los métodos de pegado tradicionales en varios aspectos clave. En primer lugar, elimina los problemas de desprendimiento, como se observa con los métodos basados ​​en adhesivos, vulnerables a la fusión y descamación de la solución alcalina durante el funcionamiento del electrolizador, lo que podría comprometer el rendimiento. En segundo lugar, garantiza una fijación segura, reduciendo el riesgo de desalineación o caída durante el montaje. Por último, aumenta la eficiencia al eliminar la necesidad de tiempo de secado asociado con los métodos de pegado tradicionales, agilizando así el proceso de montaje.

 

3. Cortadora CNC con separador PPS

Implementada el 2022 de agosto, la cortadora separadora PPS automatizada A6-2525 ofrece un área de operación efectiva de 2500 mm×2500 mm. Con posicionamiento por infrarrojos, rieles guía lineales de alta precisión y piñones, esta cortadora logra una precisión de corte de ± 0,5 mm. Equipado con un ventilador de 12,5 KW para adsorción al vacío, garantiza un corte consistente al aplanar el separador. Un dispositivo de alimentación automático facilita la alimentación y el corte sin supervisión, ya que el separador aplanado lo transporta sin problemas a la estación de corte.

 

4. Proceso de soldadura por láser de electrodos

En funcionamiento desde el 2022 de diciembre, la máquina automática de soldadura láser de electrodos cuenta con control PLC y compatibilidad para electrodos que van desde 1000 a 2500 mm. Al utilizar una robusta unidad de soldadura láser continua de 1500 W o superior, garantiza una soldadura precisa con una mínima irregularidad en el eje Z. La mesa giratoria, que se desplaza menos de 0,5 mm en el eje Z, mantiene la coherencia de la distancia focal durante la soldadura. El diseño en forma de arco del bloque de presión asegura completamente las piezas, mientras que la programación de prueba permite saltar automáticamente secciones huecas durante la soldadura. La soldadura láser con alambre de relleno garantiza una precisión de ± 0,5 mm, lo que produce costuras de soldadura uniformes, delicadas y suaves con un acabado superficial blanco brillante.

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