AEM电解水制氢系统设计
AEM电解水制氢系统设计 阴离子交换膜(AEM)电解水制氢技术融合了传统碱性电解与质子交换膜电解的优势,凭借非贵金属催化剂适配性、低水质要求及灵活的负荷响应能力,成为绿氢制备的重要发展方向。系统设计需围绕核心反应机理,兼顾效率、稳定性与安全性,实现从组件选型到整体集成的全链条优化。 核心反应机理与组件设计是系统高效运行的基础。AEM电解水通过阴离子交换膜分隔阴阳极,水从阳极渗透至阴极,在阴极催化剂作用下发生析氢反应生成氢气,产生的氢氧根离子穿过膜返回阳极,完成析氧反应生成氧气。膜组件作为核心,需具备高离子传导率、优异的耐碱稳定性和机械强度,通常选用聚芳环哌啶类材料,厚度控制在80μm左右,可承受3MPa压力差,有效阻隔气体交叉渗透。 催化剂选型需平衡活性与成本,阴极采用单原子Pt/MXene催化剂提升析氢效率,阳极选用镍钴铁层状双金属氢氧化物催化剂,通过掺杂铈、钌等元素优化性能。膜电极(MEA)制备的核心环节依赖超声波喷涂机实现精准涂覆,该设备凭借高频振动雾化原理,可将催化剂浆料转化为粒径均匀的微小液滴,确保涂层厚度精准可控(通常为5~15μm),且能避免催化剂颗粒团聚,显著提升催化层的平整度与孔隙率。操作过程中,需根据浆料粘度调节超声波频率(一般为20~120kHz)和喷涂压力(0.1~0.3MPa),配合精密位移平台实现膜两侧的均匀涂覆,之后再经热压整形工艺使催化层与膜紧密贴合,大幅降低界面阻抗。电解槽流道设计需匹配功率需求,小功率系统可采用结构简单的内密封流道,大功率系统则选用外密封双支撑板结构,提升膜利用率并降低泄露风险。 系统集成需兼顾物料循环与过程控制。整体系统由电解槽、原料水供应单元、电解液循环单元、气液分离单元及控制系统构成。原料水经水箱预处理后,由水泵输送至阳极循环系统,电解液选用1%~5%wt的KOH溶液,通过散热器维持50~80℃的最优反应温度。阴极产生的氢气经气液分离后,通过背压阀调节输出压力,阳极氧气可回收利用或达标排放,需设置氧中氢浓度监测装置保障安全。 [...]


