Hidrogenia

Ayudante de diseño de electrolizadores

Los electrolizadores PEM convierten el agua y la energía en hidrógeno y oxígeno. En este artículo, nos centraremos en los principios detrás de un electrolizador. Todo lo que aparece a continuación se refiere principalmente a los electrolizadores PEM, pero gran parte también se puede aplicar a otros tipos de electrolizadores. La hoja de cálculo vinculada al final de este artículo lo ayudará a determinar el voltaje de la celda, la eficiencia y la tasa de salida de hidrógeno y oxígeno de su electrolizador.
Actual
La cantidad de hidrógeno u oxígeno que genera el electrolizador está determinada únicamente por la corriente. Esto tiene sentido si nos fijamos en la física de la celda de electrólisis. Dado que la corriente se define como el flujo de electrones (o protones) y una molécula de hidrógeno tiene solo 2 protones y 2 electrones, se deduce que cuando se pone una cierta cantidad de electrones a través de la membrana (corriente), se generará una cantidad equivalente de Moléculas de hidrógeno.
La cantidad exacta es 0,007 litros/minuto @ STP (también conocido como litros por minuto estándar, o SLPM) de hidrógeno por cada amperio que pasa por cada celda (0,007 SLPM/A/celda)
En la práctica, esto le proporciona dos variables: actual y número de celdas. Por ejemplo. Si quisieras 7 SLPM de H2, podrías diseñar un electrolizador de una sola celda y bombear 1000 A a través de él (0.007SLPM/A/celda * 1000 A * 1 celda) o podrías diseñar uno con 10 celdas y solo tener que pasar 100 A a través de él. (0,007*100A*10 celdas).
Esto le permite obtener una estimación aproximada de cuántas celdas podría necesitar en función de las disponibles actualmente.
Dado que la producción de hidrógeno y oxígeno depende completamente de la corriente, a veces esta puede ser una forma conveniente de controlar las tasas de producción sin tener que medir la producción de gas o depender de otros parámetros que pueden cambiar con el tiempo.
Voltaje
El voltaje que se necesita para proporcionar esta corriente determina la eficiencia general y, por lo tanto, la cantidad de energía (P=V*I) necesaria para generar hidrógeno y oxígeno.
El voltaje al que funcionará cada celda es un valor determinado experimentalmente que puede variar dependiendo de las propiedades del conjunto de electrodos de membrana (MEA), la temperatura, la densidad de corriente, el diseño mecánico, etc. En cualquier conjunto de condiciones, un MEA tendrá un Parámetro voltaje vs corriente (generalmente llamado curva IV).
Estas curvas tendrán voltajes más bajos a densidades de corriente más bajas. Esto significa menos energía por unidad de gas generada. Como hay menos corriente, debes tener áreas activas más grandes y/o más celdas para generar la misma cantidad total de gas.