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    研究院独立研发具有两个标方产氢量的PEM水电解电堆
    来源:深圳市绿航星际太空科技研究院 日期:2019年05月20日  字体:【大】【中】【小】  浏览量:124

    2019年4月12日,深圳市绿航星际太空科技研究院完成了与江苏苏州竞力制氢设备有限公司签订的水电解制氢项目的验收工作。此次与研究院合作的苏州竞力公司是国内知名碱水电解制氢公司,具有世界领先的碱水电解技术。在合作过程中,研究院主要承担PEM水电解电堆的研发工作,为能够制造出让客户满意的水电解设备,工程技术部的同事们在夜以继日的辛勤努力下,齐心协力,精益求精,通过对电堆的电解性能和长期稳定性能测试,最终制造出具有2Nm3/h氢气产量的PEM水电解电堆。设备实物图如图1所示。

    image.png

    PEM水电解电堆由20PEM水电解单体组成,工作介质为纯水。电堆采用阳极供水的工作模式,在电解过程中,电堆通过质子交换膜技术将纯水电解为氢气和氧气。在保持PEM水电解电堆的体积小、电流密度大、稳定性高以及易维护等技术优势条件下,该电堆创新使用塑料作为基体,既降低了制作成本又减轻了设备的实际重量,达到了很好的效果。该电堆相对于同级别的产品具有更小的设备重量、更高的产氢效率以及更低的制造成本,主要技术指标均达到了国际先进水平。其中电堆和电堆单体I-U极化曲线如图2所示,具体设备性能如表1所示。

    image.png

    2  PEM水电解电堆与水电解单体的极化曲线


    1    2标方水电解装置的主要技术指标:

    性能名称:

    性能指标:

    氢气纯度:

    不低于99.5%

    氧气纯度:

    不低于99.5%

    电流密度:

    不小于1.0A/cm2

    单槽电压:

    不大于1.9VDC(初始)

    运行压力:

    不小于1.0/3.0MPa(等压式/差压式, 定制)

    设计寿命:

    不小于5000 h

    电堆尺寸:

    320mm*320mm*340mm

    电堆重量:

    75  Kg




    此次研究院通过与国内知名水电解企业的交流与合作,既响应了国家大力发展氢能与燃料电池的重点科研战略方针,也为深圳市关于PEM水电解制氢应用领域的发展打下了良好的技术和产品基础。在响应国家和地方政策的同时,该项目还提高了研究院对水电解电堆的研发与制造能力,也为以后制造更大规模的制氢水电解电堆和水电解系统打下了很好的基础。

    质子交换膜(PEM)电解技术,有时也被称为固体聚合物电解(SPE)技术,是由美国通用电气公司在20世纪70年代最开始进行研究。PEM电解技术最大的特点是使用了全氟磺酸材料的电解质薄膜,该薄膜在室温条件下就具有很好的质子传输能力。由于电解质膜的厚度很小,这使得PEM电解单体中阴极和阳极的间距很低,降低了工作过程中欧姆电阻的损耗,从而使PEM电解电堆的最大工作电流密度能够达到2-3A/cm2。与此同时,相对于传统的碱水电解技术,PEM纯水电解技术还具有体积小、反应速度快、电解效率高、大的负载范围以及高的产物纯度。随着各国都在加大对氢能和燃料电池技术的开发和利用,制氢技术作为氢能产业链的一个重要环节,也成为国家大力发展的对象。目前我国的主要氢气来源还需要依靠化石能源制氢技术,而PEM电解技术作为绿色制氢技术是国家重点发展的对象,与此同时该技术还能与可再生能源构成可再生能源-氢能-燃料电池的储能-发电系统,更好地解决国家关于可再生能源的消纳问题。具体氢能源的发展模式如图3所示。


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    3 可再生能源-氢能-燃料电池的能源-发电体系


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