Electrólisis de agua alcalina - Alkaline water electrolysis
| Electrólisis de agua alcalina | |
|---|---|
| Materiales típicos | |
| Tipo de electrólisis: | Electrólisis de agua alcalina |
| Estilo de membrana / diafragma | NiO |
| Material de la placa bipolar / separadora | Acero inoxidable |
| Material catalizador en el ánodo | Ni / Co / Fe |
| Material catalizador en el cátodo | Ni / C-Pt |
| Material de ánodo PTL | Ti / Ni / circonio |
| Material de cátodo PTL | Malla de acero inoxidable |
| Rangos de funcionamiento de última generación | |
| Temperatura de la celda | 60-80C |
| Presión de la pila | <30 bares |
| Densidad actual | 0,2-0,4 A / cm 2 |
| Voltaje de la celda | 1.8-2.40 V |
| Densidad de poder | hasta 1,0 W / cm 2 |
| Rango de carga parcial | 20-40% |
| Pila de consumo energético específico | 4,2-5,9 kWh / Nm 3 |
| Sistema de consumo energético específico | 4,5-7,0 kWh / Nm 3 |
| Eficiencia de voltaje de celda | 52-69% |
| Tasa de producción de hidrógeno del sistema | <760 Nm 3 / h |
| Pila de por vida | <90.000 h |
| Tasa de degradación aceptable | <3 µV / h |
| Vida del sistema | 20-30 a |
La electrólisis de agua alcalina tiene una larga trayectoria en la industria química. Es un tipo de electrolizador que se caracteriza por tener dos electrodos que operan en una solución electrolítica alcalina líquida de hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio (NaOH). Estos electrodos están separados por un diafragma, separando los gases producto y transportando los iones hidróxido (OH - ) de un electrodo a otro. Una comparación reciente mostró que los electrolizadores de agua a base de níquel de última generación con electrolitos alcalinos conducen a eficiencias competitivas o incluso mejores que la electrólisis de agua de membrana de electrolito de polímero ácido con electrocatalizadores a base de metales del grupo del platino.
La electrólisis requiere que los minerales estén presentes en solución. El agua del grifo, de pozo y subterránea contiene varios minerales, algunos de los cuales son alcalinos mientras que otros son ácidos. El agua por encima de un pH de 7,0 se considera alcalina; por debajo de 7,0 es ácido. El requisito es que debe haber iones en el agua para conducir la electricidad para que se produzca el proceso de electrólisis del agua .
En el contexto de la descarbonización de la industria, la electrólisis de agua alcalina puede considerarse una tecnología importante que permite la conversión y el almacenamiento eficientes de energía.
Estructura y materiales
Los electrodos suelen estar separados por una fina lámina porosa (con un grosor de entre 0,050 y 0,5 mm), comúnmente conocida como diafragma o separador. El diafragma no es conductor de electrones, evitando así cortocircuitos eléctricos entre los electrodos y permitiendo pequeñas distancias entre los electrodos. La conductividad iónica es aportada por la solución acuosa alcalina, que penetra en los poros del diafragma. El diafragma de última generación es Zirfon, un material compuesto de zirconia y polisulfona. El diafragma evita además la mezcla del hidrógeno y el oxígeno producidos en el cátodo y el ánodo, respectivamente.
Normalmente, los metales a base de níquel se utilizan como electrodos para la electrólisis de agua alcalina. Considerando los metales puros, el Ni es el metal no noble más activo. El alto precio de los buenos electrocatalizadores de metales nobles, como los metales del grupo del platino, y su disolución durante el desprendimiento de oxígeno es un inconveniente. El Ni se considera más estable durante la evolución de oxígeno, pero el acero inoxidable ha mostrado una buena estabilidad y una mejor actividad catalítica que el Ni a altas temperaturas durante la reacción de evolución de oxígeno (REA) .
Los catalizadores de Ni de área superficial alta se pueden lograr mediante la des-aleación de níquel-zinc o aleaciones de níquel-aluminio en una solución alcalina, comúnmente conocida como níquel Raney . En las pruebas de celda, los electrodos de mejor rendimiento hasta ahora reportados consistieron en aleaciones de Ni rociadas al vacío con plasma sobre mallas de Ni y mallas de Ni galvanizadas en caliente. El último enfoque podría ser interesante para la fabricación industrial a gran escala, ya que es barato y fácilmente escalable.
Ventajas en comparación con la electrólisis de agua PEM
En comparación con la electrólisis de agua con electrolito de polímero , las ventajas de la electrólisis de agua alcalina son principalmente:
- Catalizadores más baratos con respecto a los catalizadores basados en grupos metálicos del platino utilizados para la electrólisis de agua PEM.
- Mayor durabilidad debido a un electrolito intercambiable y menor disolución del catalizador anódico.
- Mayor pureza del gas debido a la menor difusividad del gas en el electrolito alcalino.