물 전기분해에 의한 PEM 수소 생산 개요 II

물 전기분해에 의한 PEM 수소 생산 개요 II

Electrolzer 스택 구성요소

에 사용되는 구성 요소 PEM 전기분해 우수한 성능과 내구성을 갖춘 스택에 매우 중요합니다. 주요 구성 요소에는 양극판, 전류 수집기 및 막 전극 조립체(MEA)가 포함됩니다. 양극판은 세포 내부의 집전체(또는 확산 매체)에 물을 고르게 분배하는 역할을 합니다. 양극판의 특성은 산소 존재, 산성 환경 및 높은 과전압으로 인해 모든 종류의 재료에 적용하기 어렵습니다. PEMWE에서 양극판의 설계 및 재료 선택은 과학자와 엔지니어에게 중요한 문제입니다.

PEMWE에서 양극판의 주요 기능은 다음과 같습니다.
1. 전자를 전도하여 회로를 완성하고 개별 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 형성합니다.
2. 집전체(또는 확산매질)에 물이 고르게 분포되도록 유로를 제공
3. 산소와 수소를 분리한다
4. 배터리용 막전극을 지지하는 구조 제공
5. 전해조의 온도 관리를 위한 열전도 제공

이러한 중요한 기능을 수행하기 위해서는 분리판의 재료가 높은 전기 및 열 전도성, 낮은 가스 투과성, 높은 기계적 강도 및 내식성과 같은 특별한 특성을 가져야 합니다.

현재 양극판에는 티타늄, 흑연, 코팅된 스테인리스강 등 다양한 재료가 사용됩니다. 그러나 흑연은 부식률이 높고 기계적 강도가 낮기 때문에 PEMWE에서 높은 성능을 보장하지 않습니다. 티타늄은 우수한 특성을 가지고 있지만 접촉 저항과 열전도율을 감소시키는 수동 산화물 층을 형성합니다. 이 현상은 시간이 지남에 따라 스택 성능을 저하시킬 수 있습니다. 금 코팅된 티타늄 양극판도 연구되었으며 안정성 측면에서 좋은 결과를 얻었습니다. 그러나 이 프로세스는 부품 비용을 증가시킵니다. 코팅된 스테인레스 스틸은 티타늄보다 가격이 저렴하지만 코팅의 작은 결함으로 인해 금속이 부식될 수 있습니다. 금속이 부식되면 코팅이 파괴되어 오믹 저항이 증가합니다. 또한, 용해된 금속 이온은 PEM 멤브레인으로 확산되어 이온 전도도를 감소시켜 멤브레인 성능 저하를 증가시킵니다.

양극판과 확산층은 PEMWE에서 더 비싼 구성 요소입니다. 확산층은 촉매층에서 분리판으로 전자를 전달하고, 촉매층에서 가스(수소, 산소)를 제거하는 역할을 한다. 따라서 다공성과 전도성은 확산층의 중요한 매개변수입니다. 가스는 셀에서 배출되어야 하고 물은 촉매층 근처에 유지되어야 하기 때문에 기공 크기와 구조는 중요한 요소입니다. 부적절한 기공 구조는 2A cm−2에서 셀 전압을 최대 100mV까지 증가시킬 수 있습니다.