1. Processo de montagem do eletrolisador PEM
Tomemos como exemplo uma linha de montagem semiautomática:
1) 3 pessoas/linha (3 pessoas por linha)
2) Use aço inoxidável 316 de 30 mm como placa final.
3) Use PPS-40GF como material de ligação do MEA e use cintas de compressão ou tirantes para prender.
1. Breve descrição do processo de processamento
1) Matérias-primas: BP processado, selante, MEA processado, etc.
2) Equipamento: manipulador, correia transportadora, máquina de serigrafia, forno UV, prensa a quente, prensa hidráulica, bancada de teste
3) Processo: BP - Selante impresso - MEA - Selante impresso - Cura UV - 3 empilhamento manual e prensagem a quente - Prensagem - Instalação do shell e outro firmware - Ajuste e teste
2. Cálculo de custos em diferentes escalas
2. Processo de produção PEM BP
1. Breve descrição do processo de processamento:
1) Matéria-prima: bobina de aço inoxidável 316 endurecida na superfície (nitretada) (a maioria delas atualmente usa placas de titânio)
2) Processo: estampagem - limpeza química - limpeza - tratamento de plasma de superfície - produto acabado
3) Equipamentos: máquinas de puncionamento e corte, matrizes de estampagem, fornos de nitretação a plasma, piscinas de limpeza química e piscinas de limpeza comum.
2.Análise de custos de eletrolisadores com diferentes potências:
3. Produção de MEA
1. Cátodo:
1) Matérias-primas: membrana PEM com camada protetora, pasta de catalisador (platina)
Nota: Atualmente, a maioria dos PEMs usados para produção de hidrogênio por eletrólise de água são membranas de ácido perfluorossulfônico. O processo de preparação é complexo e há muito tempo é monopolizado por empresas americanas e japonesas, como as membranas da série Chemours Nafion™, membranas Dow XUS-B204, membranas Asahi Glass Flemion® e membranas Asahi Kasei Aciplex®-S, etc. Entre elas, as membranas da série Chemours Nafion™ têm as vantagens de baixa impedância eletrônica, alta condutividade de prótons, boa estabilidade química, estabilidade mecânica e prevenção de permeabilidade a gás. Elas são atualmente as membranas de troca de prótons mais comumente usadas para produção de hidrogênio eletrolítico.
2) Equipamento: máquina de revestimento, forno de secagem, scanner, identificador visual (inspeção de qualidade), correia transportadora
3) O processo é o seguinte:
Material da bobina - revestimento do catalisador - secagem e cura - inspeção de qualidade - próximo processo
2. Ânodo
1) Matérias-primas: membrana base (usada para realizar a camada catalítica do ânodo), pasta de catalisador do ânodo (mistura DSA de óxido de irídio, óxido de titânio, etc.)
2) Equipamento: máquina de revestimento, forno de secagem, scanner, identificador visual (inspeção de qualidade), correia transportadora
3) O processo é o seguinte: (A matéria-prima inicial é o PET e outros filmes que realizam a camada catalítica)
Realizar rolos de filme - revestimento da camada catalítica, secagem e cura - inspeção visual da qualidade do sistema - próximo processo
3. O CCM sintetiza o MEA final
1) Matérias-primas: camada catódica (com membrana PEM e camada catalítica) revestida no processo anterior, camada anódica processada no processo anterior (camada catalítica fixada ao filme base)
2) Equipamento: correia transportadora, rolo de pressão quente, scanner, sistema de reconhecimento visual (inspeção de qualidade)
3) O processo é o seguinte:
4. Produção de camada de GDL por metalurgia do pó
1. Matérias-primas: cobre, aço inoxidável, molibdênio e outros pós metálicos (atualmente feltro de titânio, feltro de carbono e outras rotas estão disponíveis)
2. Equipamento: dispositivo de mistura de pó, equipamento de compactação de pó metálico, molde de ferramentas, dispositivo de sinterização
3. O processo é o seguinte:
Pó metálico - agitação e mistura - compactação e moldagem - sinterização em feltro
Nota: Atualmente, o feltro de titânio é usado principalmente como ânodo; o feltro de carbono é usado principalmente como cátodo. Outra imagem de GDL sinterizado com pó de metal é a seguinte:
(a) Imagem SEM de GDL
(b) Fotomicrografia com tamanho de 1 cm
5. Estrutura de célula única PEM
Placa de cátodo
Placa de ânodo
Estrutura: Estrutura MEA (semelhante às células de combustível)
Célula MEA: Grupo de eletrodos de membrana
Selos: componentes de vedação
Camada de difusão de feltro de titânio (GDL) ou Ti GDL poroso:PTL
6. BOP (Balanço de Planta)
1. Fonte de alimentação
1) Fonte de alimentação
2) Sensor de tensão/corrente CC.
2. Sistema de água deionizada
1) Separador de oxigênio
2) Bomba de circulação
3) Várias válvulas, tubos, etc.
4) Instrumentos (pressão, vazão, temperatura, condutividade, etc.)
5) Sistema de controle
3. Sistema de secagem para produção de hidrogênio
1) Separador de hidrogênio
2) Válvulas, instrumentos (pressão, temperatura, vazão, etc.), tubulações, etc.
3) Sistema de controle
4. Sistema de resfriamento e secagem
1) Trocador de calor de placas
2) Bomba de resfriamento
3) Instrumentos, válvulas, tubulações, etc.
4) Condensador seco
5.Outros
Ar comprimido, nitrogênio, detectores de gases combustíveis, sistemas de ventilação, etc.
A estrutura de custos aproximada do BOP acima é a seguinte:
Conclusão:
Por meio dos principais componentes acima da produção de hidrogênio PEM, bem como da composição do material e da tecnologia de processamento de todo o sistema, bem como de uma análise simples de custos em diferentes escalas, podemos entender de forma simples o caminho básico para aumentar a eficiência e reduzir os custos do PEM no futuro?