engineer-chemist-technologist, chief of laboratory of NRC “Kurchatov Institute”
доктор наук, профессор, директор лаборатории источников тока Чанчуньского института прикладной химии Академии наук Китая
PhD, DSc (сhemistry), Professor, Director of Laboratory of Advanced Power Sources, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences
Исследованы возможности использования этанола в концентрациях до 40 об. % в качестве деполяризатора анода для электролизера с твердым полимерным электролитом (ТПЭ) и обеспечения его пуска при отрицательных температурах. В качестве анодных катализаторов применялись платина, иридий и твердый раствор Pt-Ru (1:1 ат.%), а в качестве катодных – Pt на Vulcan XC-72 и Pt-Ru. Показано, что во всех случаях при использовании водно-этанольных растворов с концентрацией этанола до 40 об. % напряжение на ячейке в целом возрастает, что обусловлено увеличением сопротивления мембраны и снижением скорости катодного процесса из-за пассивации/отравления катодного платинового катализатора как самим этанолом, так и продуктами его окисления. Определенное негативное влияние имеет и более сильное набухание мембранно-электродного блока (МЭБ) в растворе этанола, что ведет к его частичному разрушению (расслаиванию). Энергозатраты на получение водорода электролизом спиртовых растворов ниже, чем электролизом воды, однако, экономическая целесообразность такого процесса вызывает сомнения. Показано, что электролизная ячейка может выдерживать замораживание при температуре –15…–20 оС, причем в этих условиях сопротивление мембраны в водно-этанольных растворах ( до 40 об. % ) не является критичным, и подача данных растворов в электролизную ячейку позволяет начать электролиз воды при напряжении 2,0...2,2 В и токе 0,07...0,13 А/см2. Это обеспечивает «холодный пуск», последующий саморазогрев электролизной ячейки и дальнейшее использование деионизованной воды для ведения процесса.
The paper deals with the research that covers the possibility of using ethanol in concentrations up to 40 vol. % as an anode depolarizer for the cell with solid polymer electrolyte (PEM) and in order to ensure its start at low temperatures. Platinum, iridium and a solid solution of Pt-Ru (1:1 at. %) were used as the anode catalyst, and Pt on Vulcan XC-72 and Pt-Ru were used as the cathode one. It is shown that in all cases by using water-ethanol solutions with concentrations of ethanol up to 40 vol. % the cell voltage generally increased due to the increase of membrane resistance and decrease of rate of the cathodic process of platinum catalyst passivation/poisoning by ethanol and its oxidation products. Some negative impact has a stronger swell of the membrane-electrode unit in a solution of ethanol, which leads to its partial destruction. The energy consumption for the production of hydrogen by electrolysis of alcoholic solutions is lower than by water electrolysis, though the economic feasibility of this process is doubtful. The research demonstrates the electrolysis cell can withstand the freezing at the temperatures in the range of –15 to –20oC. Moreover, the resistance of the membrane in water-ethanol solutions (about 40 vol. %) is not critical at these temperatures. The feed of water-ethanol solutions in the electrolytic cell allows one to start the electrolysis of water at these temperatures at a voltage of 2,0–2,2 V and currents of 0,07–0,13 A/cm2. This ensures the ‘cold start’ and subsequent self-heating of the electrolysis cell and further using deionized water.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.