L'electròlisi d'aigua alcalina{0}àcida híbrida és una nova tecnologia electroquímica. Produeix hidrogen gasós a partir de l'aigua. Funciona de manera diferent a la tecnologia tradicional d'electròlisi d'aigua. Els sistemes d'electròlisi tradicionals utilitzen només un tipus d'electròlit. Funcionen amb condicions alcalines o àcides dins de tota la cel·la d'electròlisi. L'electròlisi d'aigua alcalina àcida-híbrida utilitza dos electròlits separats. Una cambra cel·lular conté una solució àcida. L'altra cambra cel·lular conté una solució alcalina. Una membrana especial es troba entre les dues cambres. Aquesta membrana evita que l'àcid i l'àlcali es neutralitzin mútuament.
Aquesta configuració especial permet que cada mitja reacció química passi en les seves millors condicions de pH. La reacció d'evolució d'hidrogen (HER) té lloc a la cambra àcida. La reacció HER funciona més ràpid en ambients líquids àcids. La reacció d'evolució d'oxigen (OER) té lloc a la cambra alcalina. La reacció OER funciona més ràpid en entorns líquids alcalins. Tota reacció química funciona en condicions cinètiques favorables.
Les dues cambres tenen valors de pH diferents. Aquesta diferència forma un gradient de potencial químic. Aquest gradient canvia el potencial reversible de l'elèctrode d'hidrogen en ambdós elèctrodes. Aquest canvi redueix la tensió externa necessària per dividir les molècules d'aigua. El sistema combina energia potencial química i energia elèctrica. Aquesta combinació redueix l'ús total d'energia del procés.
Components clau del sistema
Membrana bipolar (BPM). El BPM és la part central del sistema. Té una capa d'intercanvi catiònic (CEL) i una capa d'intercanvi d'anions (AEL). Les dues capes s'uneixen. Un catalitzador de dissociació d'aigua es manté a la unió de les dues capes. El BPM produeix protons i ions hidròxid amb polarització-inversa. Els protons es mouen a la cambra àcida. Els ions hidròxid es desplacen a la cambra alcalina. El BPM manté el gradient de pH estable dins de la cel·la d'electròlisi.
Elèctrodes. L'ànode es col·loca a la cambra alcalina. L'ànode admet la reacció OER. Els materials a base de níquel-són el material de base comú per als ànodes. La malla teixida de níquel és una plataforma fiable per al treball d'elèctrodes. El càtode es col·loca a la cambra àcida. El càtode dóna suport a la reacció HER. Els electrocatalitzadors bifuncionals poden impulsar reaccions tant HER com OER. Els elèctrodes de nanofil de cobalt-fosfur de níquel tenen aquest rendiment bifuncional.
Avantatges de rendiment
Moltes proves d'investigació demostren que aquesta tecnologia té un millor rendiment de treball. La seva velocitat de producció d'hidrogen és quatre vegades superior a l'electròlisi alcalina tradicional a 2,2 V. El seu consum d'energia es redueix aproximadament un 30% a una densitat de corrent de 200 mA/cm². El sistema arriba a una densitat de corrent de 200 mA/cm² amb només 1,39 V de voltatge de la cèl·lula. Aquest rendiment és millor que la majoria dels electrolitzadors d'aigua tradicionals. L'electròlisi asimètrica d'aigua basada en BPM- és una bona alternativa als sistemes tradicionals de membrana d'intercanvi de protons i als sistemes de membrana d'intercanvi d'anions.
Aquesta tecnologia admet el disseny i la producció d'electrolitzadors a gran-escala. Permet ajustaments flexibles a la composició d'electròlits. El sistema pot funcionar amb els últims electrocatalitzadors avançats. El sistema té una capacitat de treball estable-a llarg termini. Un sol electrolitzador de circulació funciona de manera estable durant més de 25 hores. Manté una densitat de corrent de 10 mA/cm² a 1,550 V. El sistema també pot funcionar amb energia solar a una tensió de 0,908 V.
