Eletrólise de membrana de troca de prótons(Eletrólise PEM) usa ummembrana de troca de prótonscomo o eletrólito, onde as seguintes reações químicas ocorrem no ânodo e no cátodo:
Ânodo:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Cátodo:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
A eletrólise PEM é uma solução eficienteeletrólise da águatecnologia usada principalmente para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. O dispositivo de eletrólise PEM consiste em um eletrolisador e sistemas auxiliares, com os principais componentes do eletrolisador incluindo o eletrodo de membrana, camada de difusão de gás e placas bipolares. O eletrodo de membrana é um dos principais componentes domembrana de troca de prótonsdispositivo de eletrólise. A membrana de troca de prótons (PEM) é revestido com camadas catalíticas em ambos os lados, formando o eletrodo de membrana. O catalisador catódico é tipicamente um catalisador à base de platina, semelhante ao usado emcélulas de combustível, que promove eficazmentegeração de hidrogênio. Os requisitos para o catalisador de ânodo são mais rigorosos devido ao ambiente fortemente oxidativo no lado do ânodo; a reação de evolução de oxigênio requer o uso de materiais catalíticos resistentes à oxidação e à corrosão. Atualmente, irídio (Ir), rutênio (Ru) e seus óxidos (como IrO₂ e RuO₂) são os catalisadores de ânodo mais comumente usados, pois esses materiais exibem excelente estabilidade e desempenho catalítico, mantendo boa eficiência de eletrólise em altas densidades de corrente.
Omembrana de troca de prótons (PEM)desempenha um papel crítico emEletrólise PEMdispositivos. Os materiais PEM comumente usados incluem a série Nafion, como Nafion 115 e Nafion 117, que têm alta condutividade de prótons e estabilidade química, isolando gases e conduzindo prótons de forma eficaz. Devido à espessura da membrana de troca de prótons, sua resistência é baixa, permitindo que o dispositivo de eletrólise PEM suporte altas correntes e pressões sem controle rigoroso de pressão em ambos os lados da membrana. Além disso, os dispositivos de eletrólise PEM podem iniciar e parar rapidamente, respondendo rapidamente aos ajustes de energia, tornando-os adequados para entradas flutuantes de fontes de energia renováveis.
A Camada de Difusão de Gás (GDL) é outro componente importante dos dispositivos de eletrólise PEM. A GDL é tipicamente feita de materiais porosos à base de titânio revestidos com metais preciosos, que não só fornecem boa condutividade e resistência mecânica, mas também oferecem um caminho de difusão de gás uniforme, aumentando assim a eficiência da eletrólise e a produção de gás.
Eletrólise PEMa tecnologia tem muitas vantagens. Primeiro, a alta condutividade de prótons e a baixa resistência da membrana de troca de prótons permitem que os eletrolisadores PEM operem em altas densidades de corrente, aumentando a produção de hidrogênio. Em segundo lugar, a estrutura compacta dos dispositivos de eletrólise PEM permite alta densidade de potência, permitindo uma produção significativa de hidrogênio em um espaço limitado. Além disso, os dispositivos de eletrólise PEM podem iniciar e parar rapidamente, adaptando-se à variabilidade da geração de energia renovável, tornando-os particularmente adequados para integração com energia eólica e solar para produção de hidrogênio verde.
No entanto,Eletrólise PEMa tecnologia também enfrenta alguns desafios. O primeiro é o custo dos catalisadores, particularmente os metais preciosos caros como irídio e rutênio necessários para o catalisador de ânodo, o que limita a aplicação em larga escala. Além disso, a durabilidade e a estabilidade química domembrana de troca de prótonse a camada de difusão de gás precisam de mais pesquisa e otimização. Com os avanços contínuos na ciência dos materiais e na tecnologia de fabricação, acredita-se que essas questões serão gradualmente abordadas no futuro.
Para concluir,Eletrólise PEMa tecnologia demonstra potencial significativo na produção de hidrogênio, especialmente em conjunto com a geração de energia renovável, oferecendo vantagens distintas. Por meio de melhorias e otimizações tecnológicas contínuas, espera-se que a eletrólise PEM se torne uma das principais rotas tecnológicas para a produção de hidrogênio verde no futuro, fazendo uma contribuição importante para a promoção e aplicação de energia limpa.
