Điện phân màng trao đổi proton (PEM)

Các hệ thống ống dẫn polymer của GF Piping Systems được thiết kế để hỗ trợ hoạt động hiệu quả của điện phân màng trao đổi proton (PEM) thông qua:

• Kháng hóa chất: Các ống polymer có khả năng chống ăn mòn cao đối với các tác động ăn mòn của môi trường axit hoặc kiềm mà các điện phân PEM hoạt động.
• Duy trì độ tinh khiết: Chúng ngăn ngừa ô nhiễm nước siêu tinh khiết được sử dụng trong điện phân PEM, đảm bảo hiệu suất nhất quán và bảo vệ toàn vẹn của điện phân.
• Độ linh hoạt và bền bỉ: Các ống polymer, chẳng hạn như được làm từ polypropylene (PP) hoặc Polyvinylidenfluorid (PVDF), nhẹ, linh hoạt và bền, tạo điều kiện lắp đặt dễ dàng và độ tin cậy lâu dài trong việc xử lý nước và khí tinh khiết cao liên quan đến quá trình điện phân.
• Giảm rủi ro ô nhiễm: Bề mặt bên trong mịn của chúng giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm hạt hoặc hóa chất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của điện phân PEM.

Bằng cách cung cấp các giải pháp ống dẫn đáng tin cậy, chống ăn mòn và tương thích hóa học, các ống polymer của GF Piping Systems cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của các điện phân PEM.

Điện phân màng trao đổi proton (PEM) là một thiết bị tiên tiến được thiết kế để tạo ra hydrogen thông qua quá trình điện phân nước. Trong phương pháp này, nước (H2O) được tách ra thành hydrogen (H2) và oxygen (O2) với sự áp dụng của điện năng. Đặc điểm nổi bật của điện phân PEM nằm ở việc sử dụng một chất điện phân polymer rắn, hoặc Màng trao đổi proton, tạo điều kiện cho sự dẫn truyền các proton (ion hydro mang điện tích dương) từ cực anode đến cực cathode trong khi ngăn chặn dòng điện. Quá trình này tạo ra khí hydrogen tinh khiết ở cực âm và khí oxygen ở cực dương.

Nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng cần sản xuất hydrogen tinh khiết, đặc biệt trong lĩnh vực pin nhiên liệu để lưu trữ năng lượng, vận chuyển và sử dụng công nghiệp.

Hiệu suất và tuổi thọ của điện phân màng trao đổi proton (PEM) phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào. Mức Tổng Carbon Hữu Cơ (TOC*) cao có thể làm tổn hại đến các chất xúc tác và màng, có khả năng giảm tuổi thọ vận hành và do đó tăng chi phí hydrogen.

Cần ưu tiên sử dụng các vật liệu chất lượng hàng đầu như PP-H và triển khai các phương pháp tinh chế tiên tiến nhằm giảm thiểu rủi ro ô nhiễm. Mức TOC* cao trong nguồn cung cấp nước có thể dẫn đến sự sinh ra các sản phẩm không mong muốn trong quá trình điện phân. Những sản phẩm này có thể góp phần vào sự phân hủy vật liệu và giảm hiệu suất vận hành. 1

Vì vậy, điều quan trọng là phải chọn các vật liệu có khả năng chống phân hủy hóa học và rò rỉ để bảo vệ toàn vẹn của hệ thống điện phân.

1. Hans Becker et al. (Bài viết tổng hợp) Năng lượng bền vững, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Tác động của các tạp chất đến điện phân nước: một bài tổng quan - Năng lượng bền vững & Nhiên liệu (xuất bản RSC) DOI:10.1039/D2SE01517J

*Định nghĩa TOC: Tổng Carbon Hữu Cơ (TOC) đo lường lượng carbon hữu cơ có trong nước, biểu thị tổng nồng độ của các phân tử hữu cơ có khả năng làm ô nhiễm hệ thống. Đây là một tham số quan trọng trong việc đánh giá độ tinh khiết của nước, đặc biệt trong các ứng dụng như điện phân PEM, nơi các tạp chất có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.

Tinh chế nước có thể là một yếu tố chi phí đáng kể trong việc sản xuất hydrogen xanh. Ví dụ, việc tinh chế nước khử ion có thể chiếm tới 22% tổng chi phí của hệ thống điện phân PEM 1 MW. Chi phí này vẫn tương đối ổn định bất kể kích thước hệ thống hay tỷ lệ sản xuất, điều đó khiến nó trở thành yếu tố then chốt trong việc mở rộng sản xuất hydrogen. Độ tinh khiết của nước là điều cần thiết cho các điện phân, vì các tạp chất sẽ làm hỏng màng và chất xúc tác trong các điện phân PEM, giảm hiệu suất và làm tăng chi phí, cuối cùng là rút ngắn tuổi thọ của cụm điện phân. 1

Các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) gặp phải các thách thức như đảm bảo độ tinh khiết nước nhất quán, quản lý chi phí của các hệ thống tinh chế nước và giảm thiểu tác động của các tạp chất đến hiệu suất và tuổi thọ của điện phân. Những thách thức này đòi hỏi công nghệ tinh chế nước mạnh mẽ và vật liệu có thể duy trì mức độ tinh khiết cao.

Các polymer như Polypropylene Homopolymer (PP-H) và Polyvinylidene Fluoride (PVDF) được sử dụng cho nước siêu tinh khiết vì chúng có khả năng chống ăn mòn cao. Chúng không rò rỉ các tạp chất vào nước, đảm bảo độ tinh khiết của nước vẫn cao. Thêm vào đó, chúng bền và có thể chịu đựng được các điều kiện khắc nghiệt trong hệ thống điện phân.

1. Hans Becker et al. (Bài viết tổng hợp) Năng lượng bền vững, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Tác động của các tạp chất đến điện phân nước: một bài tổng quan - Năng lượng bền vững & Nhiên liệu (xuất bản RSC) DOI:10.1039/D2SE01517J
(truy cập miễn phí)