ELECTROLIZADORES ALCALINOS
Específicamente un electrolizador alcalino es un dispositivo en el que se produce la electrolisis del agua en el seno de una medio básico. En el electrolizador se produce la reacción no espontanea de separar el agua en hidrógeno y oxígeno al hacer circular una corriente continua de una manera conveniente. Un electrolizador consta de varias celdas electrolíticas conectadas eléctricamente entre sí. Los procesos electroquímicos demandan requisitos particularmente alas en cuanto a protección contra la corrosión. La electrolisis convencional de agua con hidróxido de potasio como electrolito puede llevarse a cabo usando acero al carbono como material de construcción. Las áreas especialmente sujetas a ataque están revestidas con plástico o cerámica o bien están niqueladas.
ELECTRODOS DE UN ELECTROLIZADOR ALCALINO
Los electrodos de un electrolizador alcalino se encargan de conducir de manera conveniente la corriente eléctrica en el seno del electrolito para que se produzca correctamente el proceso de la electrolisis, el electrodo positivo se denomina ánodo y en su interfase de separación con el electrolito se reduce la semireaccion de formación de oxigeno gaseoso y electrodo negativo se denomina cátodo y en su interfase de separación con el electrolito se produce la semireaccion de formación del hidrogeno gaseoso. Los requisitos que tienen que cumplir son:
Resistentes a la corrosión.
Buena conductividad.
Buenas propiedades catalíticas.
Integridad estructural.
ELECTROLITO
El electrolito se encarga de aportar los iones encargados de la conducción en el interior de la celda electrolítica. En este caso al tratarse de una electrolisis que emplea una solución de KOH en agua, el electrolito también aporta el reactivo de la reacción. Para minimizar las perdidas debidas a la resistencia en este rango de concentración se emplean soluciones de hidróxido de potasio al 25 - 40%. Otros electrolitos son hidróxido de sodio o cloruro de sodio. Dado que la conductividad de los electrolitos convencionales aumenta con la temperatura, as unidades electrocataliticas de H 2 usualmente operan entre 60-90°C, justo por debajo del punto de ebullición de la solución acuosa
DIAFRAGMA
El diafragma separa el compartimento anódico y catódico solo permitiendo el paso de los iones que transmiten la carga del cátodo al ánodo.El diafragma en las unidades clásicas de electrólisis era inicialmente de amianto. Las mallas deamianto, que separan los electrodos uno del otro, estaban reforzadas con redes de níquel. Debido a los riesgos para la salud involucrados con el uso de amianto, actualmente se usan ya materiales substitutos, como los diafragmas de óxidos cerámicos basados en TiO3, CaTiO3, BaTiO3, NiO y polisulfonatos [2]. Un electrolizador alcalino emplea una solución alcalina, normalmente hidróxido de potasio(KOH), como electrolito. En la configuración monopolar las celdas electrolíticas están conectadas eléctricamente en paralelo, los cátodos de todas las celdas electrolíticas están conectados entre sí y al igual que los ánodos, pero tanto ánodos como cátodos están físicamente separados.
Figura 1. Electrolizador Monopolar. La configuración bipolar es aquella en que las celdas electrolíticas están conectadas en serie, el ánodo de una celda se conecta al cátodo de la siguiente, es esta configuración el ánodo y el cátodo se montan juntos separados por un aislante eléctrico usualmente cerámico, es la configuración que suelen usar los electrolizadores que operan a sobrepresión.Las principales ventajas de los electrolizadores bipolares frente a los unipolares son: menor espacio requerido y embarrados eléctricos más pequeños. Las desventajas se centran en la existencia de corrientes parásitas colaterales que disminuyen la eficiencia de Faraday.
Figura 2. Electrolizador bipolar.
FUNCIONAMIENTO DE UN ELECTROLIZADOR ALCALINO
La figura 3 muestra la configuración básica de una celda electrolítica alcalina. Así, ánodo y cátodo se encuentran separados por un diafragma cerámico o de polisulfonato, el cual permite fluir a la corriente pero es impermeable a los gases. La celda está llena de un electrolito. Durante la electrolisis, se forma oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo, teniendo lugar las siguientes reacciones:
Reacción anódica: 2OH− (aq) → O (g) + H O(l) + 2e−
Reacción catódica: H O(l) + 2e− →
1 2
H (g) + 2OH − (aq)
Figura 3. Funcionamiento de un electrolizador alcalino.
Los iones hidroxilo (OH-) y potasio (K+) disueltos el agua atraviesan el diafragma portando la carga eléctrica, cuando un ión hidroxilo llega al ánodo se separa en agua líquida y oxígeno gaseoso liberando un electrón que es recogido por el ánodo debido a la diferencia de potencialinducida por la fuente de tensión continua colocada entre los electrodos. Los electrones,cuando llegan al cátodo se combinan con las moléculas de agua líquida separándolas en hidrógeno gaseoso e iones hidroxilo que se ven obligados a migrar otra vez hacia el ánodo por la acción del campo eléctrico.
A continuación e muesran las graficas que se obtuvieron a partir de la puesta en marcha del electrolizador alcalino I vs T
40
35
30 ) te n ie r
25 r o c ( B
20
15
10 -2000
0
2000
4000
6000
8000
10000 12000 14000 16000
A (timepo en seg)
Figura 4 Corriente generada por la electrolisis La grafica anterior muestra la corriente generada durante el tiempo de generación de oxigeno e hidrogeno en el prototipo construido, a continuación se muestra la gráfica con los valores de generación de gas
50
GpO GpH GpT
ni
m/ 40 tl o di
c 30 u d or P
s 20 a G 10
0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
t (s)
Figura 5. Generación de gas hidrogeno, oxígeno y su combinación
Los métodos anteriormente evaluados son los mas eficientes, aunque cualitativamente el sistema de electrolisis PEM, es mas eficiente al asegurarse de la producción de hidrógeno a través de la membrana, por otra parte en la electrolisis alcalina se alcanzaron altos valores de producción, por otra parte tenemos una produccióncon una combinación del gas de oxigeno y de hidrogeno.
MANUAL Y CARACTERISTICAS DE GENERADOR DE HIDROGENO
Características internas: o o o o o o o
30 celdas con conexión eléctrica en serie 60 placas de acero inoxidable 316 Dimensiones generales 29cm (ANCHO) *34cm (LARGO) *33cm (largo) Calibre de electrodos 18 Área activa de los electrodos (ánodo-cátodo) 18.57*21.59 Separación entre electrodos 3 mm(silastic) Tipo de agua empleada: agua destilada
Características externas:
o
Cubierta de aluminio con logo de CIDETEQ Conexiones de placas colectoras a base de Cu; como material de construcción
o
Placas de apriete de nylamid de 1” de grosor
o
o o o o
2 burbujeadores laterales con conexione rápidas a un tercero 1 burnujeador final con conexión refractómetro 1 refractómetro Carrito portador de reactor
Características de conexión o o o
Conexiones internas en serie Conexiones de placas bipolares a placas de colección en serie Cable calibre 10
NOTA: las conexiones internas se encuentran en serie, y cada stack tiene un contenido de 6 celdas, debido a las pérdidas que tiene al conectar en serie, se recomienda al usuario suministrar 21 volts; para que cada celda tenga un promedio de 2.3 volts en el reactor completo.
Modo de operación: o o
o o
Asegure que no tenga fugas Asegure que las mangueras y conexiones rápidas se encuentren en condiciones de operación Verifique que los burbujeadores no se encuentren obstruidos o atascados Una vez asegurados los pasos anteriores, suministre 21 votls; al reactor
NOTA: El reactor debe ser operado asegurando que el gas generado salga a la atmosfera, así como se encuentre con la menor cantidad de personas posibles y lo más importante lejana de puntos de ignición.
Variables a determinar, o o o
Generación de H2 Generación de O2 Generación de OHH
Características electroquímicas: o
Al suministrar el voltaje, el reactor de demandara una corriente la cual puede ser medida vía fuentes de poder o resistencias de alto amperaje
