수소 Pem 전해조

 

작은 볼륨

• 높은 작동 전류 밀도(1.5~3A/cm²)
• 탱크 코어 부분의 두께가 1m 미만
• 스키드 장착형 통합 보조 제어 시스템

고효율

• 4.3kWh/Nm³ 미만의 DC 전력 소비
• 75% 이상의 열효율
• 국제 최고 수준의 선호되는 PEM 멤브레인 전극
•  

 

1. 작동 매개변수의 안정성 향상

1.1 지속적인 작동 압력:전해조는 3.0 MPa의 안정적인 작동 압력을 유지하여 이 압력 수준에서 일관된 수소 생산을 보장합니다. 이러한 적응성은 다양한 작동 요구 사항을 충족하고 추가 가압의 필요성을 최소화하여 관련 비용을 절감합니다.

1.2 최적의 작동 온도:70±5도의 온도 범위에서 작동하는 전해조는 뛰어난 안정성과 적응성을 보여 다양한 환경 조건에서 안정적인 성능을 보장합니다.

2. 전력 변동 범위 확장

유연한 전력 조정: 전해조는 5%에서 110%에 이르는 광범위한 전력 조정 범위를 수용합니다. 이러한 광범위한 범위를 통해 시스템은 전력 공급의 심각한 변동 속에서도 원활하게 작동하여 중단 없는 수소 생산을 보장합니다.

3. 신속한 스타트업 기술

신속한 핫 앤 콜드 스타트업: 빠른 스타트업 기능을 갖춘 전해조는 생산 중단 시간을 최소화합니다. 콜드 스타트 ​​시간은 5분 미만으로, 생산 정체 기간을 대폭 단축합니다. 또한, 핫스타트(Hot Start) 시간은 단 5초로 장비가 신속하게 최적의 작동 상태를 달성하여 작동 효율성을 향상시킵니다.

 

이름	매개변수
수소생산능력(Nm3/h)	200
피크수소생산능력(Nm3/h)	240
DC 소비전력(kWh/Nm3)	4.3 이하
수소 순도(정제 전)	99.9% 이상
전해조 인클로저 – W x D x H(m)	0.8x0.6x1.5
사용압력(MPa)	3 . 0
작동 온도(도)	70±5
주변 온도(도)	5~40
소비전력 범위	5-1 2 0 %
콜드 스타트 ​​시간(분)	5 이하
핫 스타트 시간(초)	5
서비스 수명(년)	5 이상
전해질	H2O
분리 장치
정격 산소 처리 용량	100Nm3/h
산소 순도(정격 작동 조건)	>99.8%(0.2 MPa);>98.5%(3MPa)
산소출구온도(도)	70±5
정화 장치
수소 순도(정제 후)	99.999% 이상
수소의 이슬점	-70도
수소 출구 온도	상온

 

 

PEM 전해조의 구조와 원리

소개

(1) PEM 물 전해조는 양성자 교환막을 사용하여 전극 양쪽에서 가스를 격리함으로써 가스 투과성 측면에서 알칼리성 전기 분해 수소 생산 막의 단점을 극복합니다.

(2) 주요 장비에는 PEM 전해조와 BOP가 포함됩니다.

(3) 이 모델은 현재 상황에서 더 많은 비용이 듭니다.

 

PEMWE 소개

PEM 물 전해조는 고체 양성자 교환막(PEM)을 전해질로 사용하고 순수한 물을 반응물로 사용합니다. PEM 전기분해는 수소의 투과성이 낮아 수증기만 제거하면 되는 고순도 수소를 생산할 수 있어 공정이 간단하고 안전하다. 전해조는 옴 저항이 낮은 제로 간격 구조로 설계되어 보다 컴팩트한 크기로 전기분해 공정의 전체 효율성을 크게 향상시킵니다. 급변하는 재생에너지 전력 투입량에 맞춰 수소 출력 압력을 MPa급까지 확장하는 등 폭넓은 압력 조절을 지원한다.

 

1. PEM 전해조의 원리

연료 전지 스택과 마찬가지로 이 유형의 전해조는 막 전극, 플레이트 및 가스 확산층으로 구성됩니다. PEM 전해조의 양극은 산성도가 높은 환경(pH 2)과 전기분해 전압 1.4~2.0V에서 작동합니다. 이 환경에서는 대부분의 비귀금속이 부식되어 술폰산 이온과 결합할 수 있습니다. PEM은 PEM의 양성자 전도 능력을 감소시킵니다.

 

2. 촉매

PEM 전해조의 전기촉매에 대한 연구는 주로 Ir 및 Ru와 같은 귀금속/산화물과 이를 기반으로 하는 2원 및 3원 합금/혼합 산화물, 그리고 담체로서의 티타늄 기반 촉매에 중점을 두고 있습니다. 현재 양극에서 이리듐 촉매의 로딩량은 약 1 mg/cm2이고, 음극에서 Pt/C 기반 촉매의 Pt 로딩량은 약 0.4~0.6입니다. mg/cm2. 이탈리아 연구팀이 준비한 Ir0.7Ru0.3Ox 촉매는 Ir 부하가 1.5 mg/cm2일 때 전해조가 3.2 A·cm–2@1.85 V를 달성할 수 있습니다. Giner 연구팀이 준비한 Ir{21}}.38/WxTi1-xO2 촉매는 Ir 부하가 0일 때 전해조가 2 A cm-2@1.75 V를 달성하도록 합니다. .4 mg/cm2이고 Ir 함량은 기존 전극의 1/5에 불과합니다. 막 전극에서 백금족 촉매의 총 로딩은 0.125 mg/cm2로 감소되어야 합니다.

Ru는 Ir보다 고유한 OER 촉매 활성이 우수하지만 Ru는 덜 안정적입니다. Ru와 Ir을 합금하면 촉매의 활성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 중국과학원 대련화학물리연구소에서 제조한 Ir{0}}.6Sn0.4 촉매는 전체 전해조 테스트에서 2A cm–2@1.82V를 달성할 수 있습니다. IrSn은 안정적인 고용체 구조를 형성하며, Sn과의 합금화 과정을 통해 Ir의 분산성이 향상되어 Ir 로딩을 줄이는 데 도움이 됩니다.

미국 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)와 Giner는 기존 촉매의 1/20에 불과한 다양한 MOF(금속-유기 구조) 촉매를 공동 개발했습니다. Co-MOFG-O 촉매가 0.01A/cm2일 때 과전압은 1.644V(RHE 대비)가 되며, 이는 전체 셀 테스트를 통해 수행되는 반전지 감쇠 테스트에서 기존 Ir 촉매보다 성능이 뛰어납니다.

 

3. PEM 및 멤브레인 전극

PEM 전해조에 가장 널리 사용되는 멤브레인으로는 Nafion(DuPont), Dow 멤브레인(The Dow Chemical Company), Flemion(Asahi Glass Co., Ltd.) 및 Aciplex-S(Asahi Chemical Industry Company), Neosepta-F(Deshan) 등이 있습니다. 화학) 및 기타. Giner가 개발한 DSMTM 멤브레인은 대규모로 생산되었으며, 이는 Nafion보다 기계적 특성, 두께, 전력 변동, 시동 및 정지 시 안정적인 치수, 실제 전해 전지에서의 성능 측면에서 우수합니다. 국내 PEM 제품은 시험 단계에 있습니다.

 

PEM 물 전기분해의 양극은 산성 환경과 고전위에 부식되지 않아야 하며, 가스와 물이 통과할 수 있는 적절한 구멍 구조를 가져야 합니다. PEM 물 전기분해의 제한된 반응 조건으로 인해 PEM 연료 전지에 일반적으로 사용되는 막 전극 재료(예: 탄소 재료)는 물 전기분해의 양극으로 사용할 수 없습니다. 3M은 양극과 음극에 각각 Ir과 Pt 촉매를 사용하는 NSTF(나노구조박막) 전극을 개발했습니다. Ir 및 Pt의 로딩량은 0.25mg/cm2입니다. 이 전극은 산성 환경과 높은 전위 조건에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. 표면의 막대 모양 배열 구조는 촉매의 표면 분산성을 향상시킵니다. Proton은 촉매 응집을 줄이기 위해 직접 스프레이 증착 방식을 채택하여 Pt/C 및 Ir이 0.1mg/cm2로, Ir O2가 0.1mg/cm2로 증착됩니다. Nafion117 멤브레인. 하나의 전해 셀의 성능은 2.3 V에서 500시간 동안 안정적으로 작동할 수 있는 촉매 부하(1.8 A cm–2@2V)가 높은 기존 전해 셀의 성능과 유사합니다.

 

SANY 수소 에너지 조립 워크샵

광대한 작업장은 길이 216미터, 너비 72미터에 달하며, 3개의 별도 구역으로 구성되어 총 면적이 약 15000제곱미터에 달합니다. Zone A는 2024년 개통 예정인 당사의 기계 가공 라인 전용입니다. Zone B에는 수소 충전소 조립 라인이 있으며, 연간 20세트의 수소 충전소 용량을 자랑합니다. 한편, Zone C에는 연간 2GW의 알칼리수 전해조를 생산할 수 있는 수소 생산 장비 조립 라인이 있습니다. 이 전체 생산 라인의 건설은 2023년 1월에 시작되어 신속하게 완료되어 SANY의 민첩성과 장비 제조 역량을 모두 보여주었습니다.

1. 용접로봇 작업대

2023년 9월 출시 예정인 용접 로봇 워크스테이션은 SANY Robotics R&D 팀의 획기적인 성과를 나타냅니다. 이 혁신적인 스테이션에는 트러스 언스태킹 시스템, 로봇 핸들링 시스템, 레이저 용접 시스템, 시각 인식 시스템, 양극판 뒤집기 시스템이 통합되어 있습니다. 5분마다 양극판이 전극 메쉬와 원활하게 용접된 후 조립 라인으로 신속하게 이동됩니다. 공급부터 용접까지 완전 자동화된 이 프로세스는 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 작업을 표준화하고 취급 및 회전 중에 양극판 코팅의 손상을 최소화하여 제품 품질을 향상시킵니다.

 

2. 원형 정제의 점용접

원형 태블릿 고정을 위해 스폿 용접을 활용하는 것은 여러 주요 측면에서 기존 접착 방법을 능가합니다. 첫째, 전해조 작동 중에 알칼리 용액이 녹고 벗겨지는 현상에 취약하여 성능이 저하될 수 있는 접착제 기반 방법에서 관찰되는 분리 문제를 제거합니다. 둘째, 안전한 고정을 보장하여 조립 중 정렬 불량이나 넘어짐의 위험을 줄입니다. 마지막으로, 기존 접착 방법과 관련된 건조 시간이 필요하지 않아 효율성이 향상되어 조립 공정이 간소화됩니다.

 

3. PPS 분리기 CNC 커터

8월 2일022년에 배포된 A6-2525 자동 PPS 분리기 커터는 2500mm×2500mm의 유효 작업 영역을 제공합니다. 적외선 포지셔닝, 고정밀 선형 가이드 레일 및 피니언을 갖춘 이 커터는 ± 0.5mm 이내의 절단 정확도를 달성합니다. 진공흡착용 12.5KW 팬을 장착하여 세퍼레이터를 평탄하게 하여 일관된 커팅을 보장합니다. 자동 공급 장치는 편평한 분리기가 절단 스테이션으로 원활하게 운반되므로 무인 공급 및 절단을 용이하게 합니다.

 

4. 전극 레이저 용접 공정

12월 2일022일부터 가동되는 자동 전극 레이저 용접기는 PLC 제어 기능과 1000~2500mm 범위의 전극 호환성을 자랑합니다. 견고한 1500W 이상의 연속 레이저 용접 장치를 활용하여 Z축 불균일을 최소화하면서 정밀한 용접을 보장합니다. Z축에서 0.5mm 미만으로 이동하는 회전 테이블은 용접 중에 초점 거리의 일관성을 유지합니다. 프레싱 블록의 호형 디자인은 부품을 완벽하게 고정하는 동시에 시험 프로그래밍을 통해 용접 중 빈 부분을 자동으로 건너뛸 수 있습니다. 필러 와이어를 사용한 레이저 용접은 ± 0.5mm의 정확도를 보장하여 밝고 흰색 표면 마감으로 균일하고 섬세하며 매끄러운 용접 이음새를 생성합니다.

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