Репортаж от Wedoany，Британский производитель электролизёров ITM Power и компания по производству фторполимеров Gore заявили, что они доказали возможность одновременного достижения более высокой эффективности и долговременной долговечности сверхтонкой протонообменной мембраны (PEM) при производстве зелёного водорода.
Результаты, опубликованные в «белой книге» Gore, показывают, что армированная мембрана толщиной 50 мкм проработала 11 000 часов в «условиях, приближенных к промышленным», сохраняя при этом низкую скорость деградации, низкую проницаемость водорода и высокую эффективность.
Эта прототипная мембрана значительно тоньше многих мембран PEM, используемых в современных коммерческих электролизёрах, толщина которых обычно составляет от 100 до 180 мкм.
Основываясь на нескольких показателях производительности, таких как падение напряжения, проницаемость водорода и скорость выделения фторидов, ITM и Gore оценили, что данная концепция мембраны может обеспечить срок службы около 80 000 часов.
Эта цифра является прогнозом, основанным на наблюдаемых тенденциях деградации, а не на фактическом времени работы.
Хотя производители всегда стремились уменьшить толщину мембраны для снижения сопротивления и повышения эффективности, более тонкие мембраны традиционно ассоциируются с повышенной проницаемостью водорода и проблемами деградации.
На вебинаре доктор Наима Хек, технический директор Gore по чистым энергетическим технологиям в регионе EMEA, заявила, что отрасль всё чаще отходит от рассмотрения конструкции мембраны как простого компромисса.
Она сказала: «Обсуждаемая концепция толщиной 50 мкм действительно демонстрирует преимущества повышения эффективности ячейки, а также показывает, что можно поддерживать стабильную и безопасную работу в течение длительного времени».
Последний прототип сочетает в себе армированную мембрану PFSA на основе расширенного политетрафторэтилена толщиной 50 мкм и оптимизированную конструкцию композитного катализатора. Согласно «белой книге», мембрана испытывалась в короткостеке с активной площадью 130 см² при температуре 55 °C, плотности тока 3,3 А/см² и перепаде давления 20 бар в течение более 11 000 часов.
Зафиксированная скорость падения напряжения составила 1,2 мкВ/ч, что эквивалентно снижению производительности менее чем на 0,6% в год. Проницаемость водорода на протяжении всего испытания оставалась ниже 0,4%, а эффективность находилась в диапазоне от 48,3 до 49,5 кВт·ч/кг водорода.
Обе компании заявили, что по сравнению с более ранним прототипом толщиной 85 мкм (накопившим 28 000 часов испытаний) удельное поверхностное сопротивление этой мембраны снизилось примерно на 40%, а эффективность повысилась примерно на 4%.
За год эксплуатации на нефтеперерабатывающем заводе Shell в Рейнланде (всего 30 000 часов) средняя эффективность электролизёра ITM мощностью 10 МВт составила 49 кВт·ч/кг водорода, а скорость деградации — 0,09% на каждые 1 000 часов работы.
Этот проект был запущен в ответ на то, что, по мнению обеих компаний, отсутствуют открытые данные о долговременной долговечности электролизёров PEM, работающих в коммерческих условиях.
Фредерик Маршаль, технический директор ITM, заявил, что долговечность мембран часто неправильно понимается в отрасли.
Он отметил, что данное сотрудничество направлено на более глубокое понимание поведения мембран и механизмов деградации, что позволит обеим компаниям расширять границы производительности, одновременно снижая технические риски.
Обе компании считают, что эта работа в конечном итоге может снизить стоимость производства водорода за счёт уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства каждого килограмма водорода.
Обсуждая экономическое влияние, Хек сказала: «Самый очевидный момент в снижении затрат — это, во-первых, если рассматривать тонкие мембраны, они могут помочь снизить требуемый энергозатраты, что приведёт к снижению уровня затрат на производство водорода».
Маршаль заявил, что влияние может выйти за рамки постепенных улучшений.
Он сказал: «Мы ожидаем, что процентное повышение эффективности достигнет значительного уровня, превышающего двузначные числа, по сравнению с тем, что достигается современными передовыми технологиями. Таким образом, это будет прорывным и влиятельным».
Хотя мембрана всё ещё находится на стадии разработки, а не является коммерческим продуктом, Gore заявила, что эти результаты используются для разработки её мембран PEM следующего поколения.
Обе компании также заявили, что эти результаты предоставляют платформу для дальнейшего изучения работы при более высоких температурах, более высоких плотностях тока и даже более тонких конструкций мембран.
