חומצה היברידית-אלקטרוליזה של מים בסיסיים היא טכנולוגיה אלקטרוכימית חדשה. הוא מייצר גז מימן ממים. זה עובד בצורה שונה מטכנולוגיית אלקטרוליזה מסורתית של מים. מערכות אלקטרוליזה מסורתיות משתמשות רק בסוג אחד של אלקטרוליט. הם פועלים בתנאים אלקליים או בתנאים חומציים בתוך כל תא האלקטרוליזה. חומצה היברידית-אלקטרוליזה של מים בסיסית משתמשת בשני אלקטרוליטים נפרדים. תא אחד מכיל תמיסה חומצית. תא התא השני מכיל תמיסה אלקלית. קרום מיוחד יושב בין שני החדרים. קרום זה מונע מהחומצה והאלקלי לנטרל זה את זה.
התקנה מיוחדת זו מאפשרת לכל חצי תגובה כימית להתרחש במצב ה-pH הטוב ביותר שלה. תגובת התפתחות המימן (HER) מתרחשת בתא החומצי. תגובת HER פועלת מהר יותר בסביבות נוזל חומצי. תגובת התפתחות החמצן (OER) מתרחשת בתא האלקליין. תגובת OER פועלת מהר יותר בסביבות נוזל אלקליין. כל תגובה כימית פועלת בתנאים קינטיים נוחים.
לשני החדרים ערכי pH שונים. הבדל זה יוצר שיפוע פוטנציאל כימי. שיפוע זה משנה את פוטנציאל אלקטרודת המימן הפיך בשתי האלקטרודות. שינוי זה מוריד את המתח החיצוני הדרוש לפיצול מולקולות מים. המערכת משלבת אנרגיה פוטנציאלית כימית ואנרגיה חשמלית. שילוב זה מקטין את צריכת האנרגיה הכוללת של התהליך.
רכיבים מרכזיים של המערכת
ממברנה דו קוטבית (BPM). ה-BPM הוא החלק המרכזי של המערכת. יש לו שכבת חילופי קטונים (CEL) ושכבת חילופי אניונים (AEL). שתי השכבות מתחברות זו לזו. זרז פירוק מים נשאר במפרק של שתי השכבות. ה-BPM מייצר פרוטונים ויוני הידרוקסיד תחת קיטוב הפוך-. פרוטונים נעים לתוך החדר החומצי. יוני הידרוקסיד עוברים לתוך החדר האלקליני. ה-BPM שומר על שיפוע ה-pH היציב בתוך תא האלקטרוליזה.
אלקטרודות. האנודה ממוקמת בתא האלקליין. האנודה תומכת בתגובת OER. חומרים על בסיס-ניקל הם חומר הבסיס הנפוץ לאנודות. רשת ארוגה ניקל היא פלטפורמה אמינה לעבודת אלקטרודות. הקתודה ממוקמת בתא החומצי. הקתודה תומכת בתגובת HER. אלקטרו-זרזים דו-פונקציונליים יכולים להניע גם תגובות HER וגם OER. לאלקטרודות ננו-חוטי קובלט-ניקל פוספיד יש את הביצועים הדו-פונקציונליים האלה.
יתרונות ביצועים
בדיקות מחקר רבות מוכיחות שלטכנולוגיה זו ביצועי עבודה טובים יותר. מהירות ייצור המימן שלו גבוהה פי ארבעה מאלקטרוליזה אלקלית מסורתית ב-2.2 V. השימוש באנרגיה שלו יורד בכ-30% בצפיפות זרם של 200 mA/cm². המערכת מגיעה לצפיפות זרם של 200 mA/cm² עם מתח תאים של 1.39 V בלבד. ביצועים אלה טובים יותר מרוב אלקטרוליזרי המים המסורתיים. אלקטרוליזה מים א-סימטרית מבוססת BPM- היא חלופה טובה למערכות מסורתיות של ממברנות חילופי פרוטונים ומערכות ממברנות חילופי אניונים.
טכנולוגיה זו תומכת בתכנון ובייצור אלקטרוליזרי-בקנה מידה גדול. זה מאפשר התאמות גמישות להרכב האלקטרוליטים. המערכת יכולה לעבוד עם האלקטרוקטליסטים המתקדמים העדכניים ביותר. למערכת יש יכולת עבודה יציבה-לטווח ארוך. אלקטרוליזר יחיד פועל ביציבות במשך יותר מ-25 שעות. היא שומרת על צפיפות זרם של 10 mA/cm² ב-1.550 V. המערכת יכולה לעבוד גם עם חשמל סולארי במתח של 0.908 V.
