Hibrit asit{0}}alkali su elektrolizi yeni bir elektrokimyasal teknolojidir. Sudan hidrojen gazı üretir. Geleneksel su elektroliz teknolojisinden farklı çalışır. Geleneksel elektroliz sistemleri yalnızca bir tür elektrolit kullanır. Elektroliz hücresinin tamamı içinde alkali koşullarla veya asidik koşullarla çalışırlar. Hibrit asit-alkali su elektrolizi iki ayrı elektrolit kullanır. Bir hücre odası asidik bir çözelti içerir. Diğer hücre odası alkalin bir çözelti içerir. İki oda arasında özel bir zar bulunur. Bu membran asit ve alkalinin birbirini nötralize etmesini engeller.
Bu özel kurulum, her yarım kimyasal reaksiyonun en iyi pH koşulunda gerçekleşmesini sağlar. Hidrojen evrim reaksiyonu (HER) asidik odada gerçekleşir. HER reaksiyonu asidik sıvı ortamlarda daha hızlı çalışır. Oksijen evrimi reaksiyonu (OER) alkalin odada gerçekleşir. OER reaksiyonu alkali sıvı ortamlarda daha hızlı çalışır. Her kimyasal reaksiyon uygun kinetik koşullar altında gerçekleşir.
İki oda farklı pH değerlerine sahiptir. Bu fark bir kimyasal potansiyel gradyanı oluşturur. Bu gradyan, her iki elektrottaki tersinir hidrojen elektrot potansiyelini değiştirir. Bu değişiklik, su moleküllerini bölmek için gereken harici voltajı azaltır. Sistem kimyasal potansiyel enerji ile elektrik enerjisini birleştirir. Bu kombinasyon prosesin toplam enerji kullanımını azaltır.
Sistemin Temel Bileşenleri
Bipolar Membran (BPM). BPM sistemin temel parçasıdır. Bir katyon değişim katmanına (CEL) ve bir anyon değişim katmanına (AEL) sahiptir. İki katman birbirine bağlanır. İki katmanın birleşim yerinde bir su ayrışma katalizörü kalır. BPM, ters-bias polarizasyonu altında protonlar ve hidroksit iyonları üretir. Protonlar asit odasına doğru hareket eder. Hidroksit iyonları alkali odaya doğru hareket eder. BPM, elektroliz hücresinin içindeki pH gradyanını sabit tutar.
Elektrotlar. Anot alkalin odasına yerleştirilir. Anot OER reaksiyonunu destekler. Nikel-bazlı malzemeler anotlar için ortak temel malzemedir. Nikel dokuma ağ, elektrot çalışması için güvenilir bir platformdur. Katot asidik odaya yerleştirilir. Katot HER reaksiyonunu destekler. Çift işlevli elektrokatalizörler hem HER hem de OER reaksiyonlarını yönlendirebilir. Kobalt-nikel fosfit nanotel elektrotları bu iki işlevli performansa sahiptir.
Performans Avantajları
Birçok araştırma testi bu teknolojinin daha iyi çalışma performansına sahip olduğunu kanıtlıyor. Hidrojen üretim hızı, 2,2 V'taki geleneksel alkalin elektrolizden dört kat daha yüksektir. 200 mA/cm² akım yoğunluğunda enerji kullanımı yaklaşık %30 azalır. Sistem sadece 1,39 V hücre voltajı ile 200 mA/cm² akım yoğunluğuna ulaşmaktadır. Bu performans çoğu geleneksel su elektrolizöründen daha iyidir. BPM-tabanlı asimetrik su elektrolizi, geleneksel proton değişim membran sistemlerine ve anyon değişim membran sistemlerine iyi bir alternatiftir.
Bu teknoloji, büyük-ölçekli elektrolizör tasarımını ve üretimini destekler. Elektrolit bileşiminde esnek ayarlamalara izin verir. Sistem en son gelişmiş elektrokatalizörlerle çalışabilmektedir. Sistemin uzun-dönemde istikrarlı çalışma yeteneği vardır. Tek bir sirkülasyonlu elektrolizör 25 saatten fazla stabil çalışır. 1.550 V'ta 10 mA/cm² akım yoğunluğunu korur. Sistem ayrıca 0.908 V gerilimde güneş enerjisiyle de çalışabilmektedir.
