Électrolyseur à hydrogène Pem

 

Petit volume

• Densité de courant de fonctionnement élevée (1,5~3A/cm²)
• Épaisseur de la zone centrale du réservoir inférieure à 1 m
• Système de commande auxiliaire intégré monté sur patins

Haute efficacité

• Consommation d'énergie CC inférieure à 4,3 kWh/Nm³
• Efficacité thermique supérieure à 75%
• Électrodes à membrane PEM préférées de premier niveau international
•  

 

1. Stabilité améliorée des paramètres opérationnels

1.1 Pression de fonctionnement soutenue :L'électrolyseur maintient une pression de service stable de 3,0 MPa, garantissant la production constante d'hydrogène à ce niveau de pression. Cette adaptabilité répond à diverses exigences opérationnelles et minimise le besoin de pressurisation supplémentaire, réduisant ainsi les coûts associés.

1.2 Température de fonctionnement optimale :Fonctionnant dans une plage de température de 70 ± 5 degrés, l'électrolyseur présente une stabilité et une adaptabilité exceptionnelles, garantissant des performances fiables dans diverses conditions environnementales.

2. Plage étendue de fluctuations de puissance

Réglage flexible de la puissance : l'électrolyseur s'adapte à une large plage de réglage de la puissance allant de 5 % à 110 %. Cette gamme étendue permet au système de fonctionner de manière transparente, même en cas de fluctuations importantes de l'alimentation électrique, garantissant ainsi une production ininterrompue d'hydrogène.

3. Technologie de démarrage rapide

Démarrage rapide à chaud et à froid : grâce à ses capacités de démarrage rapide, l'électrolyseur minimise les temps d'arrêt de production. Les démarrages à froid nécessitent moins de 5 minutes, réduisant considérablement la période de stagnation de la production. De plus, les démarrages à chaud ne prennent que 5 secondes, ce qui permet à l'équipement d'atteindre rapidement son état de fonctionnement optimal, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle.

 

Nom	Paramètre
Capacité de production d’hydrogène (Nm3/h)	200
Capacité maximale de production d’hydrogène (Nm3/h)	240
Consommation d'énergie CC (kWh/Nm3)	Inférieur ou égal à 4,3
Pureté de l'hydrogène (avant purification)	Supérieur ou égal à 99,9 %
Boîtier de l'électrolyseur – L x P x H (m)	0.8x0.6x1.5
Pression de service (MPa)	3 . 0
Température de fonctionnement (degré)	70±5
Température ambiante (degré)	5~40
Plage de consommation d'énergie	5-1 2 0 %
Temps de démarrage à froid (minute)	Inférieur ou égal à 5
Heure de démarrage à chaud (deuxième)	5
Durée de vie (année)	Supérieur ou égal à 5
Électrolyte	H2O
Unité de séparation
Capacité nominale de traitement de l'oxygène	100 Nm3/h
Pureté de l'oxygène (conditions de fonctionnement nominales)	>99.8%(0.2 MPa);>98,5 % (3 MPa)
Température de sortie d'oxygène (degré)	70±5
Unité d'épuration
Pureté de l'hydrogène (après purification)	Supérieur ou égal à 99,999 %
Point de rosée de l'hydrogène	-70 diplôme
Température de sortie d'hydrogène	Température ordinaire

 

 

Structure et principes des électrolyseurs PEM

Introduction

(1) L'électrolyseur d'eau PEM utilise une membrane échangeuse de protons pour isoler le gaz des deux côtés de l'électrode, afin de surmonter l'inconvénient des membranes de production d'hydrogène par électrolyse alcaline en termes de perméabilité au gaz.

(2) L'équipement principal comprend l'électrolyseur PEM et le BOP ;

(3) Ce modèle coûte plus cher dans les conditions actuelles ;

 

Introduction à PEMWE

L'électrolyseur d'eau PEM utilise une membrane échangeuse de protons (PEM) solide comme électrolyte et de l'eau pure comme réactif. En raison de la faible perméabilité de l'hydrogène, l'électrolyse PEM est capable de produire de l'hydrogène de haute pureté qui nécessite uniquement l'élimination de la vapeur d'eau, dont le processus est simple et sûr. L'électrolyseur est conçu dans une structure à espacement nul avec une résistance ohmique plus faible, ce qui améliore considérablement l'efficacité globale du processus d'électrolyse dans une taille plus compacte. Il prend en charge une plage plus large de régulation de pression, avec une pression de sortie d'hydrogène allant jusqu'au niveau MPa, qui est adaptable à l'apport d'énergie renouvelable qui évolue rapidement.

 

1. Principes des électrolyseurs PEM

Comme la pile à combustible, ce type d’électrolyseur est constitué d’électrodes membranaires, de plaques et de couches de diffusion gazeuse. L'anode d'un électrolyseur PEM fonctionne dans un environnement hautement acide (pH≈2) et sous une tension d'électrolyse de 1,4~2,0 V, dans laquelle la plupart des métaux non nobles se corroderont et pourront se combiner avec des ions sulfonate dans PEM, réduisant ainsi la capacité de conduction protonique du PEM.

 

2. Catalyseurs

La recherche sur les électrocatalyseurs dans les électrolyseurs PEM se concentre principalement sur les métaux/oxydes nobles tels que l'Ir et le Ru et les alliages/oxydes mixtes binaires et ternaires à base de ceux-ci, ainsi que sur les catalyseurs à base de titane comme supports. Actuellement, la charge de catalyseurs à base d'iridium à l'anode est d'environ 1 mg/cm2, et la charge de Pt des catalyseurs à base de Pt/C à la cathode est d'environ 0.4~0.6 mg/cm2. Le catalyseur Ir0.7Ru0.3Ox préparé par l'équipe de recherche italienne peut permettre à la cellule électrolytique d'atteindre 3,2 A·cm–2@1,85 V lorsque la charge Ir est de 1,5 mg/cm2. Le catalyseur Ir0.38/WxTi1-xO2 préparé par l'équipe de recherche Giner permet à la cellule électrolytique d'atteindre 2 A cm-2@1,75 V lorsque la charge Ir est 0 0,4 mg/cm2, et la teneur en Ir n'est que de 1/5 de celle des électrodes traditionnelles. La charge totale de catalyseurs du groupe platine au niveau des électrodes à membrane doit être réduite à 0,125 mg/cm2.

Le Ru a une activité catalytique intrinsèque des REL supérieure à celle de l'Ir, mais le Ru est moins stable. L'alliage de Ru avec Ir peut améliorer l'activité et la stabilité des catalyseurs. Le catalyseur Ir{{0}}.6Sn0.4 préparé par l'Institut de physique chimique de Dalian, Académie chinoise des sciences, peut atteindre 2 A cm-2 à 1,82 V dans le test d'électrolyseur complet. IrSn forme une structure de solution solide stable et le processus d'alliage avec Sn améliore la dispersibilité de l'Ir, contribuant ainsi à réduire la charge en Ir.

Le Laboratoire national des énergies renouvelables des États-Unis et Giner ont développé conjointement une variété de catalyseurs à structure métallo-organique (MOF), qui ne coûtent que la moitié0 des catalyseurs traditionnels. Lorsque le catalyseur Co-MOFG-O est à 0,01 A/cm2, la surtension sera de 1,644 V (par rapport au RHE), ce qui surpasse les catalyseurs Ir traditionnels dans le test de désintégration en demi-cellule, avec des tests en cellule complète à effectuer.

 

3. Électrodes PEM et membranaires

Les membranes les plus largement utilisées dans les électrolyseurs PEM comprennent Nafion (DuPont), la membrane Dow (The Dow Chemical Company), Flemion (Asahi Glass Co., Ltd.) et Aciplex-S (Asahi Chemical Industry Company), Neosepta-F (Deshan Chimique) et autres. La membrane DSMTM développée par Giner a été produite à grande échelle, ce qui est meilleur en termes de propriétés mécaniques, de finesse, de dimensions stables lors des fluctuations de puissance, du démarrage et de l'arrêt, et de meilleures performances dans les cellules d'électrolyse réelles que le Nafion. Les produits PEM nationaux sont en phase d'essai.

 

L'anode de l'électrolyse de l'eau PEM doit être résistante à la corrosion, à l'environnement acide et à un potentiel élevé, et doit avoir une structure de trous appropriée pour permettre le passage du gaz et de l'eau. En raison des conditions de réaction restreintes de l'électrolyse de l'eau PEM, les matériaux d'électrodes à membrane (tels que les matériaux carbonés) couramment utilisés dans les piles à combustible PEM ne peuvent pas être utilisés pour l'anode de l'électrolyse de l'eau. 3M a développé une électrode à couche mince nanostructurée (NSTF), qui utilise des catalyseurs Ir et Pt respectivement à l'anode et à la cathode. La charge d'Ir et de Pt est de 0,25 mg/cm2. Cette électrode peut fonctionner de manière stable dans un environnement acide et dans des conditions de potentiel élevé. Sa structure en forme de tige en surface améliore la dispersibilité en surface des catalyseurs. Proton adopte l'approche de dépôt par pulvérisation directe pour réduire l'agglomération des catalyseurs, ce qui rend le Pt/C et l'Ir de 0,1 mg/cm2 et l'Ir O2 de 0,1 mg/cm2 déposés au Membrane Nafion117. Les performances d'une cellule électrolytique sont similaires à celles des cellules électrolytiques classiques avec une charge élevée de catalyseurs (1,8 A cm-2 à 2 V), qui peuvent fonctionner de manière stable pendant 500 heures à 2,3 V.

 

Atelier d'assemblage d'énergie hydrogène SANY

Le vaste atelier s'étend sur 216 mètres de longueur et 72 mètres de largeur, avec trois zones distinctes couvrant une superficie combinée d'environ 15,000 mètres carrés. La zone A est dédiée à notre prochaine ligne de traitement de machines, dont l'inauguration est prévue en 2024. La zone B abrite notre chaîne d'assemblage de stations de ravitaillement en hydrogène, offrant une capacité annuelle de 20 ensembles de stations de ravitaillement en hydrogène. Pendant ce temps, la zone C héberge notre chaîne de montage d’équipements de production d’hydrogène, capable de produire chaque année des électrolyseurs d’eau alcaline de 2 GW. La construction de l'ensemble de cette ligne de production a débuté en janvier 2023 et s'est rapidement achevée, démontrant à la fois l'agilité de SANY et nos prouesses en matière de fabrication d'équipements.

1. Poste de travail pour robot de soudage

Prévu pour une disponibilité en septembre 2023, le poste de travail du robot de soudage représente une étape importante pour l'équipe R&D de SANY Robotics. Cette station innovante intègre un système de dépilage de fermes, un système de manutention robotisée, un système de soudage laser, un système de reconnaissance visuelle et un système de retournement bipolaire des plaques. Toutes les 5 minutes, une plaque bipolaire subit un soudage sans soudure avec le treillis d'électrodes, suivi d'un transfert rapide sur la chaîne d'assemblage. Ce processus entièrement automatisé, de l'alimentation au soudage, améliore non seulement l'efficacité, mais standardise également les opérations, minimisant les dommages aux revêtements des plaques bipolaires pendant la manipulation et la rotation, améliorant ainsi la qualité du produit.

 

2. Soudage par points de comprimés ronds

L'utilisation du soudage par points pour la fixation des comprimés ronds surpasse les méthodes de collage traditionnelles dans plusieurs aspects clés. Premièrement, il élimine les problèmes de détachement, observés avec les méthodes à base d'adhésifs vulnérables à la fusion et au pelage de la solution alcaline pendant le fonctionnement de l'électrolyseur, compromettant potentiellement les performances. Deuxièmement, il garantit une fixation sûre, réduisant ainsi le risque de désalignement ou de chute lors du montage. Enfin, il augmente l'efficacité en éliminant le temps de séchage associé aux méthodes de collage traditionnelles, rationalisant ainsi le processus d'assemblage.

 

3. Coupeur CNC de séparateur PPS

Déployé le 2022 août, le coupe-séparateur automatisé A6-2525 PPS offre une zone de fonctionnement efficace de 2 500 mm × 2 500 mm. Dotée d'un positionnement infrarouge, de rails de guidage linéaires de haute précision et de pignons, cette fraise atteint une précision de coupe de ± 0,5 mm. Equipé d'un ventilateur de 12,5 KW pour l'adsorption sous vide, il assure une découpe homogène en aplatissant le séparateur. Un dispositif d'alimentation automatique facilite l'alimentation et la découpe sans personnel, car le séparateur aplati se dirige de manière transparente vers la station de découpe.

 

4. Processus de soudage au laser à électrode

Opérationnelle depuis le 2022 décembre, la machine automatique de soudage laser à électrodes bénéficie d'un contrôle PLC et d'une compatibilité pour des électrodes allant de 1000 à 2500 mm. Utilisant une unité de soudage laser continu robuste de 1 500 W ou plus, il garantit un soudage précis avec un minimum d'irrégularités sur l'axe Z. La table rotative, décalée de moins de 0,5 mm sur l'axe Z, maintient la cohérence de la distance focale pendant le soudage. La conception en forme d'arc du bloc de pressage sécurise entièrement les pièces, tandis que la programmation d'essai permet de sauter automatiquement les sections creuses pendant le soudage. Le soudage au laser avec fil d'apport garantit une précision de ± 0,5 mm, produisant des cordons de soudure uniformes, délicats et lisses avec une finition de surface blanche et brillante.

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