Hibridna kiselinska{0}}alkalna elektroliza vode je nova elektrohemijska tehnologija. Od vode stvara gas vodonik. Radi drugačije od tradicionalne tehnologije elektrolize vode. Tradicionalni sistemi elektrolize koriste samo jednu vrstu elektrolita. Rade u alkalnim ili kiselim uslovima unutar cele ćelije za elektrolizu. Hibridna kiselinska-alkalna elektroliza vode koristi dva odvojena elektrolita. Jedna ćelijska komora sadrži kiseli rastvor. Druga ćelijska komora sadrži alkalni rastvor. Između dvije komore nalazi se posebna membrana. Ova membrana sprečava da se kiselina i alkalija međusobno neutrališu.
Ova posebna postavka omogućava da se svaka polovina kemijske reakcije odvija u svom najboljem pH stanju. Reakcija evolucije vodonika (HER) odvija se u kiseloj komori. HER reakcija teče brže u kiseloj tečnoj sredini. Reakcija evolucije kiseonika (OER) se dešava u alkalnoj komori. OER reakcija teče brže u alkalnim tečnim sredinama. Svaka hemijska reakcija odvija se pod povoljnim kinetičkim uslovima.
Dvije komore imaju različite pH vrijednosti. Ova razlika formira gradijent hemijskog potencijala. Ovaj gradijent mijenja reverzibilni potencijal vodikove elektrode na obje elektrode. Ova promjena smanjuje vanjski napon potreban za razdvajanje molekula vode. Sistem kombinuje hemijsku potencijalnu energiju i električnu energiju. Ova kombinacija smanjuje ukupnu potrošnju energije u procesu.
Ključne komponente sistema
Bipolarna membrana (BPM). BPM je ključni dio sistema. Ima sloj kationske izmjene (CEL) i sloj za izmjenu anjona (AEL). Dva sloja se spajaju. Katalizator disocijacije vode ostaje na spoju dva sloja. BPM proizvodi protone i hidroksidne jone pod reverznom -polarizacijom. Protoni se kreću u kiselu komoru. Hidroksidni joni prelaze u alkalnu komoru. BPM održava stabilan pH gradijent unutar ćelije za elektrolizu.
Elektrode. Anoda se postavlja u alkalnu komoru. Anoda podržava OER reakciju. Materijali na bazi nikla{3}} su uobičajeni osnovni materijali za anode. Niklovana mreža je pouzdana platforma za rad sa elektrodama. Katoda se postavlja u kiselu komoru. Katoda podržava HER reakciju. Bifunkcionalni elektrokatalizatori mogu pokretati i HER i OER reakcije. Elektrode od kobalt-nikl fosfida nanožice imaju ove bifunkcionalne performanse.
Prednosti performansi
Mnoga istraživanja dokazuju da ova tehnologija ima bolje radne performanse. Njegova brzina proizvodnje vodonika je četiri puta veća od tradicionalne alkalne elektrolize na 2,2 V. Njegova potrošnja energije opada za oko 30% pri gustini struje od 200 mA/cm². Sistem dostiže gustinu struje od 200 mA/cm² sa naponom ćelije od samo 1,39 V. Ova izvedba je bolja od većine tradicionalnih vodenih elektrolizera. Asimetrična elektroliza vode zasnovana na BPM-i je dobra alternativa tradicionalnim sistemima membranskih membrana za izmjenu protona i sistemima membrana za izmjenu anjona.
Ova tehnologija podržava veliki-dizajn i proizvodnju elektrolizera. Omogućava fleksibilno prilagođavanje sastava elektrolita. Sistem može raditi sa najnovijim naprednim elektrokatalizatorima. Sistem ima stabilnu dugoročnu-radnu sposobnost. Jedan cirkulirajući elektrolizator radi stabilno preko 25 sati. Održava gustinu struje od 10 mA/cm² na 1,550 V. Sistem može raditi i sa solarnom energijom na naponu od 0,908 V.
