Điện phân nước kiềm-axit lai là một công nghệ điện hóa mới. Nó tạo ra khí hydro từ nước. Nó hoạt động khác với công nghệ điện phân nước truyền thống. Hệ thống điện phân truyền thống chỉ sử dụng một loại chất điện phân. Chúng hoạt động với điều kiện kiềm hoặc điều kiện axit bên trong toàn bộ tế bào điện phân. Điện phân nước kiềm-axit lai sử dụng hai chất điện phân riêng biệt. Một buồng tế bào chứa dung dịch axit. Buồng tế bào còn lại chứa dung dịch kiềm. Một màng đặc biệt nằm giữa hai buồng. Màng này ngăn chặn axit và kiềm trung hòa lẫn nhau.
Thiết lập đặc biệt này cho phép mỗi nửa phản ứng hóa học diễn ra ở điều kiện pH tốt nhất. Phản ứng tiến hóa hydro (HER) xảy ra trong buồng axit. Phản ứng HER diễn ra nhanh hơn trong môi trường chất lỏng có tính axit. Phản ứng tiến hóa oxy (OER) xảy ra trong buồng kiềm. Phản ứng OER diễn ra nhanh hơn trong môi trường chất lỏng kiềm. Mọi phản ứng hóa học đều diễn ra trong điều kiện động học thuận lợi.
Hai buồng có giá trị pH khác nhau. Sự khác biệt này tạo thành một gradient tiềm năng hóa học. Độ dốc này làm thay đổi thế điện cực hydro thuận nghịch trên cả hai điện cực. Sự thay đổi này làm giảm điện áp bên ngoài cần thiết để phân chia các phân tử nước. Hệ thống kết hợp năng lượng hóa học và năng lượng điện. Sự kết hợp này làm giảm tổng năng lượng sử dụng của quá trình.
Các thành phần chính của hệ thống
Màng lưỡng cực (BPM). BPM là phần cốt lõi của hệ thống. Nó có lớp trao đổi cation (CEL) và lớp trao đổi anion (AEL). Hai lớp liên kết với nhau. Chất xúc tác phân ly nước nằm ở điểm nối của hai lớp. BPM tạo ra các proton và ion hydroxit dưới sự phân cực-phân cực ngược. Proton di chuyển vào buồng axit. Các ion hydroxit di chuyển vào buồng kiềm. BPM giữ gradient pH ổn định bên trong tế bào điện phân.
Điện cực. Cực dương được đặt trong buồng kiềm. Cực dương hỗ trợ phản ứng OER. Vật liệu làm từ niken-là vật liệu cơ bản phổ biến cho cực dương. Lưới dệt niken là nền tảng đáng tin cậy cho công việc điện cực. Cực âm được đặt trong buồng axit. Cực âm hỗ trợ phản ứng HER. Chất xúc tác điện hai chức năng có thể điều khiển cả phản ứng HER và OER. Điện cực dây nano coban-niken photphua có hiệu suất kép này.
Ưu điểm về hiệu suất
Nhiều thử nghiệm nghiên cứu chứng minh công nghệ này có hiệu suất làm việc tốt hơn. Tốc độ sản xuất hydro của nó cao gấp bốn lần so với điện phân kiềm truyền thống ở 2,2 V. Mức sử dụng năng lượng của nó giảm khoảng 30% ở mật độ dòng điện 200 mA/cm2. Hệ thống đạt mật độ dòng điện 200 mA/cm2 chỉ với điện áp di động 1,39 V. Hiệu suất này tốt hơn hầu hết các máy điện phân nước truyền thống. Phương pháp điện phân nước không đối xứng dựa trên BPM{10}}là một giải pháp thay thế tốt cho hệ thống màng trao đổi proton và hệ thống màng trao đổi anion truyền thống.
Công nghệ này hỗ trợ-thiết kế và sản xuất máy điện phân quy mô lớn. Nó cho phép điều chỉnh linh hoạt thành phần chất điện phân. Hệ thống có thể hoạt động với các chất xúc tác điện tiên tiến mới nhất. Hệ thống có khả năng hoạt động ổn định lâu dài. Một máy điện phân tuần hoàn duy nhất chạy ổn định trong hơn 25 giờ. Nó duy trì mật độ dòng điện 10 mA/cm2 ở mức 1.550 V. Hệ thống cũng có thể hoạt động với năng lượng mặt trời ở điện áp 0,908 V.
