Aperçu de la production d'hydrogène PEM par électrolyse de l'eau II

Aperçu de la production d'hydrogène PEM par électrolyse de l'eau II

Composants de la pile Electrolzer

Les composants utilisés dans Électrolyse PEM sont essentiels pour une pile offrant de bonnes performances et durabilité. Les composants clés comprennent des plaques bipolaires, des collecteurs de courant et des assemblages membrane-électrode (MEA). Les plaques bipolaires ont pour tâche de répartir uniformément l'eau à travers les collecteurs de courant (ou supports de diffusion) à l'intérieur de la cellule. Les caractéristiques des plaques bipolaires sont difficiles pour n'importe quelle classe de matériaux en raison de la présence d'oxygène, d'un environnement acide et d'une surtension élevée. La conception et la sélection des matériaux des plaques bipolaires dans PEMWE sont des questions cruciales pour les scientifiques et les ingénieurs.

Les principales fonctions des plaques bipolaires dans PEMWE sont les suivantes :
1. Conduisez les électrons pour compléter le circuit et connectez les cellules individuelles en série pour former une batterie.
2. Prévoir un chemin d'écoulement pour répartir uniformément l'eau sur le collecteur de courant (ou le support de diffusion)
3. Séparez l'oxygène et l'hydrogène
4. Fournir une structure pour supporter les électrodes à membrane de la batterie
5. Assurer la conduction thermique pour gérer la température de l'électrolyseur

Afin de remplir ces fonctions importantes, le matériau de la plaque bipolaire doit avoir des propriétés particulières, telles qu'une conductivité électrique et thermique élevée, une faible perméabilité aux gaz, une résistance mécanique élevée et une résistance à la corrosion.

Actuellement, divers matériaux sont utilisés dans les plaques bipolaires, notamment le titane, le graphite et l'acier inoxydable revêtu. Cependant, le graphite ne garantit pas de hautes performances dans le PEMWE en raison de son taux de corrosion élevé et de sa faible résistance mécanique. Le titane possède d'excellentes propriétés mais forme une couche d'oxyde passive qui réduit sa résistance de contact et sa conductivité thermique. Ce phénomène peut dégrader les performances de la pile au fil du temps. Des plaques bipolaires en titane doré ont également été étudiées, avec de bons résultats en termes de stabilité. Cependant, ce procédé augmente le coût des composants. L'acier inoxydable revêtu est une alternative moins chère au titane, mais de petits défauts dans le revêtement exposent le métal à la corrosion. La corrosion du métal entraîne la destruction du revêtement, ce qui augmente la résistance ohmique. De plus, les ions métalliques dissous se diffusent dans la membrane PEM et réduisent la conductivité ionique, entraînant une dégradation accrue de la membrane.

Les plaques bipolaires et les couches de diffusion sont les composants les plus coûteux d'un PEMWE. La couche de diffusion a pour fonction de transférer les électrons de la couche catalytique vers les plaques bipolaires et d'éliminer les gaz (hydrogène et oxygène) de la couche catalytique. La porosité et la conductivité sont donc des paramètres importants pour la couche de diffusion. La taille et la structure des pores sont des facteurs critiques car les gaz doivent être évacués de la cellule et l'eau est maintenue à proximité de la couche catalytique. Une structure inappropriée des pores peut augmenter la tension de la cellule jusqu'à 100 mV à 2 A cm−2.