مولد الهيدروجينفائدة نموذج يتعلق التصغير جهاز إعداد عالية النقاء الهيدروجين ( عادة نقاء أكثر من أو يساوي 99.999 ٪ ) في الموقع ، والتي يمكن تحويل المياه أو غيرها من المواد الخام إلى الهيدروجين من خلال الكيمياء الكهربائية أو التفاعلات الكيميائية ، ويوفر آمنة ومريحة مصدر الهيدروجين في المختبرات ، والإنتاج الصناعي ، والبحث العلمي في الميدان . بالمقارنة مع التقليدية ارتفاع ضغط الهيدروجين اسطوانة الصلب ، مولد الهيدروجينلا يوجد خطر من ارتفاع ضغط التخزين ، وإمدادات الغاز المستمر ، يمكن السيطرة عليها النقاء ، وانخفاض تكلفة الصيانةويستخدم على نطاق واسع في الغاز اللوني ( م ع ) ، خلية الوقود اختبار ، تصنيع أشباه الموصلات ، والتوليف الكيميائية وغيرها من السيناريوهات . التالية منمبدأ العمل ، نوع الأساسية ، والمكونات الرئيسية ، واستخدام نموذجيأربعة جوانب التحليل .

مبدأ عمل مولد الهيدروجين

جوهر مولد الهيدروجين" تحويل المواد الخام + تنقية الغاز "وحسب مسار التقنية ، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أجزاء .إنتاج الهيدروجين من المياه بالكهرباءتعميمتفاعل كيميائي لإنتاج الهيدروجيناثنين من الفئات الرئيسية .

( أ ) إنتاج الهيدروجين بواسطة التحليل الكهربائي للماء ( التكنولوجيا الرئيسية )

　　مبدأعلى أساس مبدأ الكيمياء الكهربائية ، والمياه ( ح ₂ س ) تتحلل إلى الهيدروجين ( ح ₂ ) والأكسجين ( س ₂ ) بواسطة التيار المباشر .معادلة التحليل الكهربائي للمياهس

2h2 س العاصمة ｜ 2h2 ｜ + O2 ｜

العمليةخلية التحليل الكهربائيملء خزان كهربائياالمنحل بالكهرباء( على سبيل المثال ، محلول قلوي كوه أو غشاء تبادل البروتون بيم ) عن طريق تطبيق الجهد ( عادة 1.8-2.5v ) من القطب الموجب و المؤين ( عادة النيكل أو البلاتين القائم على المواد ) لدفع جزيئات الماء على سطح القطب الأكسدة والحد من ردود الفعل :

　　الكاثود ( الكاثود ): جزيء الماء يحصل على الإلكترون للحد من إنتاج الهيدروجين ( الحد من رد الفعل )

2H2 س + 2E - H2 → السهم + 2OH - القلوية بالكهرباء

أو .

التحليل الكهربائي غشاء تبادل البروتون بيم

　　الأنود ( الأنود ): فقدان الإلكترونات أكسدة جزيئات الماء لإنتاج الأوكسجين ( تفاعل الأكسدة )

4oh-4e-o 2 → + 2h2 س ( القلوية بالكهرباء )

أو .

2h2 o-4e-o2 → السهم + 4H + ( بيم التحليل الكهربائي )

` 2 ` إنتاج الهيدروجين عن طريق التفاعلات الكيميائية ( التكنولوجيا المساعدة )

بعض مولدات الهيدروجينتفاعل هيدريد المعادن مع الماءأو .الأمونيا التحللطرق كيميائية أخرى لإنتاج الهيدروجين ، ولكن أقل من ذلك بكثير ( في كثير من الأحيان في سيناريوهات محددة ) :

　　هيدريد المعادن فعلعلى سبيل المثال ، هيدروكسيد الصوديوم ( نه ) أو الكالسيوم ( CAH ₂ ) يتفاعل مع الماء لإنتاج الهيدروجين ( رد فعل عنيف ، تحتاج إلى رقابة صارمة ، وعادة ما تستخدم في تدفق الغاز المحمولة الصغيرة ) .

CaH2​+2H2​O→ Ca (OH) 2 ​+2H2​↑

　　إنتاج الهيدروجين من الأمونيا التحللالأمونيا ( NH ) تم تقسيمها إلى الهيدروجين والنيتروجين ( نقاء الهيدروجين حوالي 99 ٪ ، مع كمية صغيرة من النيتروجين ) من خلال ارتفاع في درجة الحرارة ( 300-500 ℃ ) المحفزات ( مثل النيكل القائم على المحفزات ) .

2NH3​→3H2​↑+N2​↑

نوع الأساسية والتقنية مسار مولد الهيدروجين

في الوقت الحاضر ، تعميم مولدات الهيدروجين في السوق على أساستكنولوجيا المياه بالكهرباءوفقا لهيكل الفرق من الخلايا الإلكتروليتيةالقلوية الكهربائي ( AE )و .غشاء تبادل البروتون الكهربائي ( بيم )اثنين من أنواع مماثلة من حيث المبدأ ، ولكن المكونات الرئيسية وخصائص الأداء المختلفة .

( أ ) إنتاج الهيدروجين من المياه القلوية بالكهرباء ( AE , Alkaline Electrolysis )

　　هيكل الخلية كهربائيااستخدامهيدروكسيد البوتاسيوم ( كوه ) أو هيدروكسيد الصوديوم ( هيدروكسيد الصوديوم ) الحل مع تركيز 30 ٪ ~ 40 ٪ .كما المنحل بالكهرباء ، الأنود والكاثود ( عادة شبكة النيكل أو النيكل رغوة ) مغمورة في المنحل بالكهرباء ، مفصولة مسامية الحاجز ( مثل الاسبستوس أو كبريتيد polyphenylene الحاجز ) لمنع خليط من غاز الهيدروجين والأكسجين ولكن يسمح الأيونات ( أوه⁻ ) الهجرة .

　　سير العملس

الهيدروجين ( ح⁺ ) تم الحصول عليها في القطب السالب لإنتاج الهيدروجين ، أيونات الهيدروكسيل ( أوه⁻ ) فقدت الإلكترونات في الأنود لإنتاج الأوكسجين .

الهيدروجين المتولد يتم جمعها من خلال أنبوب الغاز على الجانب السالب ، والأكسجين هو تفريغها من خلال أنبوب الغاز على الجانب الموجب ( بعض أنواع الأكسجين مباشرة تفريغها جزئيا إعادة تدويرها ) ؛

المنحل بالكهرباء هو الحفاظ على تدفق من خلال تعميم مضخة ( تجنب الإفراط في التركيز المحلي أو تفاوت درجة الحرارة ) .

　　مميزاتالتكنولوجيا ناضجة ( أقرب التطبيقات الصناعية ) ، منخفضة التكلفة ( سعر المعدات حوالي 60 ٪ ~ 70 ٪ ) ، ولكنانخفاض كفاءة التحليل الكهربائي ( استهلاك الطاقة حوالي 4.5 ~ 5.5kwh / nm 3 ح ₂ ) ، تحتاج إلى تجديد المنحل بالكهرباء ، الحجاب الحاجز من السهل الشيخوخة ( الحياة حوالي 3 ~ 5 سنوات )مناسبة لأنّ وسط انخفاض معدل تدفق الهيدروجين ( 99.9 ٪ ~ 99.99 ٪ ) مع انخفاض الطلب على نقاء ( مثل مختبر صغير ع ) .

' 2 ` إنتاج الهيدروجين من المياه بالكهرباء بواسطة غشاء تبادل البروتون ( PEM ، Proton Exchange Membrane Electrolysis )

　　هيكل الخلية كهربائيااعتمدperfluorosulfonic حمض غشاء تبادل البروتونكما المنحل بالكهرباء غشاء ، غشاء المغلفة مع البلاتين أو إيريديوم القائم على المحفزات ( الكاثود : حزب العمال الأسود أو حزب العمال / ج المحفزات ؛ الأنود : iro ₂ أو رو ₂ محفز ) . الماء هو المحفز تتحلل إلى بروتون ( ح⁺ ) والأكسجين في القطب الموجب ، بروتون ينتقل إلى القطب السالب من خلال غشاء تبادل البروتون ، والإلكترون التي يتم الحصول عليها في القطب السالب لإنتاج الهيدروجين ( أي سائل المنحل بالكهرباء ، لا تآكل السائل في جميع أنحاء ) .

　　سير العملس

الأنود : جزيء الماء يفقد الإلكترونات تحت تأثير محفز لإنتاج الأكسجين و البروتون ( ح⁺ ) ؛

غشاء تبادل البروتون : ح ⁺ يسمح فقط لتمرير ( كتلة الإلكترون والأكسجين ) ، نقل البروتون من الأنود إلى الكاثود .

الكاثود : البروتون ينتج الهيدروجين ( نقاء ≥ 99.999 ٪ ) .

　　مميزاتسكفاءة عالية ( استهلاك الطاقة حوالي 3.8 ~ 4.8kwh / nm 3 ح ₂ ) ، والاستجابة السريعة ( ثانية تبدأ ) ، لا خطر تسرب المنحل بالكهرباء ، وارتفاع نقاء الهيدروجين ( حساسية عالية الصك )ومع ذلك ، فإن تكلفة أعلى ( سعر المعدات هو حوالي 1.5 ~ 2 مرات من التحليل الكهربائي القلوية ) ، محفز يعتمد على المعادن الثمينة ( مثل إيريديوم الموارد الشحيحة ) . مناسبة لأنّ عال - نقاء الهيدروجين متطلبات المشهد ( مثل الغاز اللوني ، خلية الوقود اختبار ) .

المكونات الرئيسية مولد الهيدروجين

مجموعة كاملة من مولدات الهيدروجين يتكون عادة من الوحدات الأساسية التالية :

　　وحدة التحليل الكهربائي ( الأساسية وحدة رد الفعل )ويشمل التحليل الكهربائي حمام ( القلوية / بيم ) ، قطب كهربائي ( النيكل / البلاتين قاعدة ) ، الحجاب الحاجز ( الأسبستوس / غشاء تبادل البروتون ) ، المنحل بالكهرباء نظام التداول ( القلوية التحليل الكهربائي يحتاج تعميم مضخة بيم لا تحتاج ) .

　　وحدة الطاقةتوفير استقرار التيار المباشر ( الجهد 1.8 ~ 2.5V ، الحالية وفقا لتنظيم إنتاج الهيدروجين ) ، وعادة ما تكون متكاملة مع الجهد استقرار وحماية الزائد ( لمنع تقلبات الجهد يؤثر على كفاءة التحليل الكهربائي ) .

　　وحدة تنقية الغازس

　　مجففاتامتصاص الماء عن طريق المنخل الجزيئي ( 3A / 4A ) أو تغيير لون هلام السيليكا ، الهيدروجين نقطة الندى إلى - 40 ℃ - 60 ℃ ( ضمان عدم وجود بقايا الماء السائل ) ؛

　　فلتر النجاسةإزالة بقايا الأكسجين ( الأكسجين والهيدروجين في التحليل الكهربائي القلوية منفصلة من وقت لآخر ) ، الجسيمات أو محفز الغبار ( بيم التحليل الكهربائي ) .

　　نظام التحكمأجهزة استشعار الضغط المتكاملة ( رصد الهيدروجين منفذ الضغط ، وعادة ما تكون مجموعة من 0.3 إلى 0.6 الآلام والكروب الذهنية ) ، وأجهزة الاستشعار تدفق ( في الوقت الحقيقي عرض إنتاج الهيدروجين ، مثل 0 ~ 500 مل / دقيقة أو 0 ~ 10 لتر / دقيقة ) ، وأجهزة الاستشعار درجة الحرارة ( لمنع الخلايا الإلكتروليتية من الانهاك ) و ( مثل الضغط التلقائي إيقاف ) .

　　المواد الخام وحدة تكميليةالقلوية التحليل الكهربائي يحتاج إلى إضافة الماء منزوع الأيونات العادية ( الحفاظ على تركيز المنحل بالكهرباء ) أو إضافة كوه الجسيمات . بيم التحليل الكهربائي يحتاج فقط إلى إضافة الماء منزوع الأيونات ( غشاء تبادل البروتون يجب أن تبقى رطبة ) .

استخدام نموذجي مولد الهيدروجين

مولد الهيدروجينآمنة ومستمرة عالية النقاءالميزات في العديد من المجالات لتصبح بديلا عن الاسطوانات التقليدية الهيدروجين ذات الضغط العالي :

( أ ) أدوات التحليل المختبري

　　كروماتوغرافيا الغاز ( م ع )كما الناقل الغاز أو الغاز ( على سبيل المثال ، FID الكاشف يحتاج الهيدروجين مختلطة مع الهواء الاحتراق ) ، ثابت تدفق الهواء ( دقة معدل التدفق ± 1 ٪ ) التي تقدمها مولد الهيدروجين يمكن تجنب تحليل انقطاع بسبب تبادل الغازات من اسطوانة الصلب ، نقاء أكثر من أو يساوي 99.999 ٪ يمكن أن تمنع التلوث من العمود الكروماتوجرافى .

　　كروماتوغرافيا الغاز مطياف الكتلةعالية النقاء الهيدروجين يستخدم الغاز المساعدة من أيون المصدر ( مثل اي مصدر ) للحد من التدخل من الشوائب في إشارة الطيف الكتلي ، وتحسين الكشف عن الحساسية .

خلية الوقود والهيدروجين البحث والتطوير

　　اختبار خلايا الوقودعالية النقاء الهيدروجين ( النجاسة مثل CO ≤ 10 جزء في البليون ، وتجنب التسمم محفز ) هو المقدمة في خلية وقود غشاء تبادل البروتون ( PEMFC ) لتقييم أداء الخلية ( مثل كثافة الطاقة والمتانة ) .

　　تطوير الخلايا الإلكتروليتيةكما صغيرة الحجم نظام إنتاج الهيدروجين ، فإنه يمكن استخدامها لاختبار كفاءة واستقرار نوع جديد من المواد الكهربائي ( على سبيل المثال ، منخفضة التكلفة محفز مركب غشاء ) .

` 3 ` الصناعة والمجالات الكيميائية

　　تصنيع أشباه الموصلاتفي عملية النمو الفوقي والحفر من رقائق السليكون ، الهيدروجين يستخدم الغاز الاختزالي ( على سبيل المثال ، الحد من sih ₄ يتطلب الهيدروجين في الغلاف الجوي ) ، عالية النقاء الهيدروجين ( ≥ 99.9999 ٪ ) يمكن تجنب التلوث من الشوائب المعدنية رقاقة .

　　التركيب الكيميائيالمواد الخام من غاز الأمونيا التوليف ( ن ₂ + 3H ₂ → 2nh ₃ ) ، والميثانول ( CO + 2H → CH ₂ أوه ) يمكن أن تحل محل اسطوانة الغاز في الإنتاج على نطاق صغير ، وخفض تكلفة النقل .

` 4 ` سيناريوهات أخرى

　　الكشف عن حماية البيئةمصدر الهيدروجين المحمولة للكشف عن الغاز ( على سبيل المثال ، عندما يتم الكشف عن كبريتيد الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ، والهيدروجين هو رد فعل الغاز ) .

　　التعليم والبحث العلميالتدريس في المختبر يدل على مبدأ إنتاج الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء .

خامساً - ملخص

مولد الهيدروجين يحول الماء / المواد الخام إلى نقاء عالية من الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء أو التفاعلات الكيميائية . بالمقارنة مع التقليدية عالية الضغط الصلب اسطوانة ، مولد الهيدروجينلا خطر الانفجار ، إمدادات الغاز المستمر ، ونقاء يمكن السيطرة عليها ، وصيانة مريحةويستخدم على نطاق واسع في مجال التحليل المختبري ، خلية الوقود البحث والتطوير ، تصنيع أشباه الموصلات والمواد الكيميائية التوليف . المستقبلتحسين كفاءة التحليل الكهربائي ( على سبيل المثال ، غشاء المواد الجديدة ) ، وانخفاض التكلفة ( استبدال المعادن النبيلة محفز ) والطاقة المتجددة اقتران ( على سبيل المثال ، إنتاج الهيدروجين الضوئية )مولد الهيدروجين سوف تلعب دورا أكثر أهمية في سلسلة صناعة الطاقة الهيدروجينية ، وتعزيز تعميم وتطبيق الطاقة الهيدروجينية الخضراء . . . . . . .