Los electrolizadores de membrana de intercambio protónico (PEM) están ganando popularidad por su eficiencia en la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua. En este artículo, exploraremos los componentes principales de un electrolizador PEM, que incluyen la placa de compresión, las placas bipolares, la capa de difusión de gases, los procesos de ánodo y cátodo, y el ensamblaje de membrana y electrodo. Desmontamos un electrolizador PEM. Al comprender los materiales y funciones de estos componentes, puede profundizar en su conocimiento de esta tecnología de vanguardia y su papel en el panorama de la energía limpia.
Modelo 3D de Generador de Hidrógeno PEM
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Placa de compresión
La placa de compresión está hecha de aleación de aluminio, se utiliza para fijar toda la célula de electrólisis.
Placas bipolares (BPP)
Las placas bipolares (BPP) son placas separadoras planas (ya sea con malla metálica o laminación de pantalla o con canales de flujo grabados separadores de metal grueso) que se utilizan para adaptar el voltaje de la fuente de alimentación apilando múltiples unidades de célula de electrólisis en serie. Separe las unidades adyacentes y conéctelas electrónicamente. Necesita tener una resistencia baja y una alta estabilidad mecánica y química, distribución de fluidos y alta conductividad térmica, ya que también ayuda a promover la transferencia de calor.
El titanio se considera generalmente el material más avanzado porque tiene excelente resistencia, baja resistividad, alta conductividad térmica y baja permeabilidad al hidrógeno. Sin embargo, el titanio es propenso a la corrosión, especialmente en el lado del ánodo, donde los potenciales pueden exceder los 2V, lo que conduce a la acumulación de óxidos en la superficie, aumentando así la resistencia de contacto y reduciendo la conductividad térmica. Para evitar esto, se puede aplicar un recubrimiento fino de platino para reducir la resistencia superficial.
Capa de difusión de gases (GDL)
La capa de difusión de gases o llamada colector de corriente GDL o PTL, como conductor electrónico entre el MEA y el BPP, garantiza una transferencia eficiente de masa de líquidos y gases entre los electrodos y el BPP.
En el ánodo, el agua líquida se transporta desde los pasajes del BPP hasta la capa catalítica de la membrana a través del colector de corriente, donde el agua se descompone en oxígeno y protones. El oxígeno generado aquí difunde en dirección opuesta a través del colector de corriente hacia los pasajes de flujo.
En el cátodo, el agua líquida y el hidrógeno se transportan desde la membrana hasta los pasajes del BPP a través del colector de corriente. Los electrones comienzan en la capa catalítica del lado del ánodo, pasan a través del colector de corriente y el BPP, y luego llegan al lado del cátodo. En los electrolizadores PEM, el potencial del ánodo es lo suficientemente alto como para oxidar materiales de carbono y se deben usar otros materiales. El titanio es a menudo una opción para los colectores de corriente en el ánodo.
Ensamblaje de membrana y electrodo (MEA)
El MEA consiste en una membrana conductora de protones recubierta con capas electrocatalíticas porosas en ambos lados del ánodo y el cátodo, que es el componente central del electrolizador, donde el agua se descompone en hidrógeno gaseoso y oxígeno por corriente eléctrica. En el ánodo, el agua se oxida en oxígeno y protones. Los protones hidratados migran luego al cátodo. Los electrones fluyen al cátodo a través del circuito externo.
En el cátodo, los protones ganan electrones y se reducen para formar gas de hidrógeno. El óxido de iridio se considera generalmente el catalizador más avanzado en la electrólisis del agua PEM. Entre los óxidos de transición simples, RuO2 tiene la mayor actividad OER, pero no es estable en condiciones de electrólisis. IrO2 tiene una actividad ligeramente menor que RuO2 pero tiene la ventaja de una mayor resistencia a la corrosión.
