Анализ конструкций электролизеров для производства водорода в промышленных и лабораторных условиях
Автор: Филимонова А.А., Сироткина Л.В., Чичиров А.А., Хайрутдинов А.М.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 4 т.19, 2026 года.
Бесплатный доступ
Развитие водородной энергетики обусловливает необходимость совершенствования технологий электролиза воды и оптимизации конструктивных решений электролизеров с целью повышения энергетической эффективности и снижения эксплуатационных затрат. Целью работы являлся сравнительный анализ эксплуатационных характеристик без диафрагменного щелочного электролизера с монополярным включением электродов и протон обменного мембранного (PEM) электролизера с биполярной конфигурацией, с позиции их применимости для лабораторных исследований и потенциального масштабирования. Разработаны и исследованы две экспериментальные установки: щелочной электролизер на основе раствора KOH и PEM‑электролизер, обеспечивающий раздельное измерение объемов водорода и кислорода при варьировании силы тока и давления. Щелочная система продемонстрировала линейную зависимость выхода газов от тока, однако выявила ограниченную пригодность для получения чистого водорода вследствие смешивания продуктов и обратных реакций. В то же время PEM‑конструкция обеспечила чистоту H₂ свыше 99,9 %, соблюдение законов Фарадея и устойчивость параметров при повышенном давлении. Полученные результаты подтвердили определяющее влияние конструкции на эффективность электролиза: бездиафрагменный щелочной электролизер рационален преимущественно для исследовательских задач, тогда как биполярный PEМ‑электролизер демонстрирует промышленную перспективность и оптимальные характеристики для экологически безопасного и масштабируемого производства водорода при интеграции с возобновляемыми источниками энергии.
Водородная энергетика, PEM‑электролизер, щелочной электролизер, энергетическая эффективность, электролиз воды
Короткий адрес: https://sciup.org/146283305
IDR: 146283305 | УДК: 621.357.12:661.961.1
Analysis of Electrolyzer Designs for Hydrogen Production in Industrial and Laboratory Environments
The development of hydrogen energy necessitates the improvement of water electrolysis technologies and optimization of electrolysis cells in order to increase energy efficiency and reduce operating costs. The aim of the work was to compare the performance characteristics of a diaphragm less alkaline electrolyze with monopolar inclusion of electrodes and a proton exchange membrane (PEM) electrolyze with a bipolar configuration, from the perspective of their applicability for laboratory research and potential scaling. Two experimental facilities have been developed and studied: an alkaline electrolyze based on a KOH solution and a PEM electrolyzer that provides separate measurement of hydrogen and oxygen volumes by varying current and pressure. The alkaline system demonstrated a linear dependence of the gas output on the current, but revealed limited suitability for the production of pure hydrogen due to mixing of products and reverse reactions. At the same time, the PEM design ensured an H₂ purity of over 99.9 %, compliance with Faraday’s laws and stability of parameters under increased pressure. The results obtained confirmed the decisive influence of the design on the efficiency of electrolysis: a diaphragm less alkaline electrolyze is rational mainly for research tasks, while a bipolar PEM electrolyze demonstrates industrial prospects and optimal characteristics for environmentally friendly and scalable hydrogen production when integrated with renewable energy sources.
