التحليل الكهربائي للماء

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

عندما يتم غمر البطارية في الماء المالح، ينتج عن التحليل الكهربائي فقاعات من غاز الهيدروجين عند الطرف السالب.

التحليل الكهربائي للماء هو مصطلح يشير إلى العمليات التي تستخدم الكهرباء لتحويل الماء السائل (H₂O ) إلى غاز الهيدروجين ( H₂).2 )والأكسجين(O٢ ). [ ١ ] يمكن استخدام الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائيكوقودأو كمادةخام، وخاصةً في إنتاجالأسمدةالتفاعل الكيميائيالأساسي(تحليل الماء) لا ينتجغازات دفيئة، فإنالبصمةللتحليل الكهربائي قد تكون أقل من التقنيات التي تنتج الهيدروجين من الوقود الأحفوري (مثلإعادة تشكيل البخار). ويُعدّ تعظيم الكفاءة الكهربائية وتقليل تكلفة المواد في التحليل الكهربائي مشكلة بحثية رئيسية فيالهندسة الكيميائية،والكيمياء الكهربائية، وعلومالمواد.

تاريخ

جهاز اخترعه يوهان فيلهلم ريتر لتطوير التحليل الكهربائي للماء

في عام 1789، استخدم يان رودولف ديمان وأدريان بايتس فان تروستويك آلة كهروستاتيكية لتوليد الكهرباء التي تم تفريغها على أقطاب ذهبية في جرة ليدن . [ 2 ] وفي عام 1800، اخترع أليساندرو فولتا الخلية الفولتية ، وبعد أسابيع قليلة استخدمها العالمان الإنجليزيان ويليام نيكلسون وأنتوني كارلايل لتحليل الماء كهربائيًا. وفي عام 1806، نشر همفري ديفي نتائج تجارب واسعة النطاق لتحليل الماء المقطر كهربائيًا ، وخلص إلى أن حمض النيتريك ينتج عند المصعد من النيتروجين الجوي المذاب. وقد استخدم بطارية عالية الجهد وأقطابًا وأوعية غير متفاعلة، مثل مخاريط الأقطاب الذهبية التي كانت بمثابة أوعية موصولة بألياف الأسبستوس الرطبة. [ 3 ] وفي عام 1869، اخترع زينوب غرام آلة غرام ، مما جعل التحليل الكهربائي طريقة رخيصة لإنتاج الهيدروجين . تم تطوير طريقة للتخليق الصناعي للهيدروجين والأكسجين من خلال التحليل الكهربائي بواسطة ديمتري لاشينوف في عام 1888. [ 4 ]

مبادئ

بافتراض كفاءة فاراداي مثالية ، فإن كمية الهيدروجين المتولدة تساوي ضعف كمية الأكسجين، وكلاهما يتناسب طرديًا مع إجمالي الشحنة الكهربائية التي ينقلها المحلول. [ 5 ] مع ذلك، تحدث في العديد من الخلايا تفاعلات جانبية منافسة ، مما يؤدي إلى نواتج إضافية وكفاءة فاراداي أقل من المثالية.

يتطلب التحليل الكهربائي للماء النقي طاقة زائدة على شكل جهد زائد للتغلب على حواجز التنشيط المختلفة. وبدون هذه الطاقة الزائدة، يحدث التحليل الكهربائي ببطء أو لا يحدث على الإطلاق. ويعود ذلك جزئياً إلى محدودية التأين الذاتي للماء .

تبلغ الموصلية الكهربائية للماء النقي حوالي جزء من مئة ألف من موصلية مياه البحر. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

تزداد الكفاءة من خلال إضافة إلكتروليت ( مثل الملح أو الحمض أو القاعدة ) والمحفزات الكهربائية .

المعادلات

رسم تخطيطي لتفاعل تحليل الماء.

عند أحد طرفي الخلية ( الكاثود )، تتحد الإلكترونات من مصدر الطاقة مع مستقبل الإلكترونات ( المؤكسد ) (تختزله )، وينطلق غاز الهيدروجين. [ 9 ] يُطلق على هذا اسم نصف تفاعل الاختزال .

في المحاليل الحمضية ، تكون البروتونات هي المؤكسد:

2 H + (aq) + 2 e – [ a ] ​​→ H 2 (g) ( E ⦵ = 0 V)

في المحاليل القاعدية ، جزيئات الماء هي المؤكسد:

2 H 2 O + 2 e – → H 2 (g) + 2 OH – (aq) ( E ⦵ = −0.83 V)

عند الطرف الآخر ( الأنود )، يقوم الجهد المطبق لمصدر الطاقة بسحب الإلكترونات من مانح الإلكترونات ( المختزل ) (يؤكسده )، وينطلق غاز الأكسجين. يُسمى هذا التفاعل نصف تفاعل الأكسدة.

في المحاليل الحمضية، تكون جزيئات الماء هي العامل المختزل:

2 H 2 O → O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4 e − ( E ⦵ = +1.23 V) [ b ]

في المحاليل القاعدية، تكون أيونات الهيدروكسيد هي العامل المختزل:

4 OH – (aq) → O 2 (g) + 2 H 2 O + 4 e − ( E ⦵ = +0.40 V)

بدمج أي من نصفي تفاعل الاختزال مع نصف تفاعل الأكسدة المقابل له، وموازنة المعادلات، وحذف الحدود، نحصل على تفاعل الأكسدة والاختزال الكلي :

2 H 2 O → 2 H 2 (g) + O 2 (g)

الديناميكا الحرارية

مخطط بوربيه للماء، بما في ذلك مناطق التوازن للماء والأكسجين والهيدروجين عند الظروف القياسية. يمثل المحور الرأسي جهد قطب الهيدروجين (أو القطب غير المتفاعل) بالنسبة إلى قطب الهيدروجين القياسي ، بينما يمثل المحور الأفقي الرقم الهيدروجيني للمحلول الإلكتروليتي (أو غير المتفاعل). بإهمال الجهد الزائد ، فوق الخط العلوي، يكون التوازن مع غاز الأكسجين، وسيتصاعد الأكسجين على شكل فقاعات من القطب حتى يتحقق التوازن. وبالمثل، أسفل الخط السفلي، يكون التوازن مع غاز الهيدروجين، وسيتصاعد الهيدروجين على شكل فقاعات من القطب حتى يتحقق التوازن.

إن تحلل الماء النقي إلى هيدروجين وأكسجين عند درجة الحرارة والضغط القياسيين ليس مواتياً من الناحية الديناميكية الحرارية .

المصعد (الأكسدة):2 H 2 O( l )→O 2 ( g ) + 4 H + ( أ ق ) + 4e −  E o = +1.23 V ( لمعادلة نصف الاختزال )
الكاثود (الاختزال):2 H + ( aq ) + 2e −→H 2 ( g )E o = 0.00 فولت

وبالتالي، فإن الجهد القياسي لخلية التحليل الكهربائي للماء (E ° cell = E ° cathode − E ° anode ) هو -1.229 فولت عند 25  درجة مئوية عند الرقم الهيدروجيني 0 ([H + ] = 1.0 مولار). عند 25  درجة مئوية والرقم الهيدروجيني 7 ([H + ] = 1.0 × 10−7 مولار)، يبقى الجهد ثابتًا وفقًا لمعادلة نرنست . يمكن الحصول على جهد الخلية القياسي الديناميكي الحراري من حسابات طاقة جيبس ​​الحرة في الحالة القياسية لإيجاد ΔG°، ثم باستخدام المعادلة: ΔG° = −n FE° (حيث E° هو جهد الخلية وF هو ثابت فاراداي ، 96485 كولوم/مول). لتحليل جزيئين من الماء كهربائيًا، وبالتالي تكوين جزيئين من الهيدروجين، فإن n = 4.

  • ΔG° = 474.48 kJ/2  mol(water) = 237.24 kJ/mol(water)
  • ΔS° = 163 J/K mol(water)
  • ΔH° = 571.66 kJ/2  mol(water) = 285.83 kJ/mol(water)
  • ΔH° = 141.86 kJ/g(H 2 ).

مع ذلك، تتطلب الحسابات المتعلقة بجهود التوازن لكل قطب كهربائي على حدة تصحيحات لمراعاة معاملات النشاط. [ 11 ] عمليًا، عندما تُدفع خلية كهروكيميائية نحو الاكتمال بتطبيق جهد معقول، فإنها تخضع للتحكم الحركي. لذا، تتطلب طاقة التنشيط ، وحركة الأيونات (الانتشار) وتركيزها، ومقاومة السلك، والإعاقة السطحية بما في ذلك تكوّن الفقاعات (التي تحجب مساحة القطب)، والإنتروبيا، جهدًا أكبر للتغلب عليها. يُطلق على مقدار الزيادة في الجهد المطلوب اسم الجهد الزائد .

المنحل بالكهرباء

فولتميتر هوفمان موصول بمصدر طاقة تيار مستمر

تستهلك عملية التحليل الكهربائي في الماء النقي أيونات الهيدروجين (H +) عند المهبط، وتستهلك أيونات الهيدروكسيد ( OH- ) عند المصعد. ويمكن التحقق من ذلك بإضافة مؤشر الرقم الهيدروجيني (pH) إلى الماء: يكون الماء بالقرب من المهبط قاعديًا، بينما يكون الماء بالقرب من المصعد حمضيًا. تتحد أيونات الهيدروكسيد (OH- ) التي تقترب من المصعد في الغالب مع أيونات الهيدرونيوم الموجبة (H3O + ) لتكوين الماء. وتتحد أيونات الهيدرونيوم الموجبة التي تقترب من المهبط في الغالب مع أيونات الهيدروكسيد السالبة لتكوين الماء. يصل عدد قليل نسبيًا من أيونات الهيدرونيوم/الهيدروكسيد إلى المهبط/المصعد، مما قد يتسبب في زيادة الجهد عند كلا القطبين.

يتمتع الماء النقي بكثافة حاملات شحنة مماثلة لأشباه الموصلات [ 12 ] نظرًا لانخفاض معدل تأينه الذاتي ، K <sub>w</sub> = 1.0×10 <sup>-14</sup> عند درجة حرارة الغرفة، وبالتالي فإن الماء النقي موصل ضعيف للتيار، 0.055 ميكروسيمنز/سم. [ 13 ] ما لم يتم تطبيق جهد كبير لزيادة التأين الذاتي للماء، فإن التحليل الكهربائي للماء النقي يسير ببطء، محدودًا بالموصلية الكلية.

يمكن للمحلول الإلكتروليتي المائي أن يرفع الموصلية الكهربائية بشكل ملحوظ. يتفكك الإلكتروليت إلى كاتيونات وأنيونات؛ تندفع الأنيونات نحو المصعد وتعادل تراكم أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة (H +) هناك؛ وبالمثل، تندفع الكاتيونات نحو المهبط وتعادل تراكم أيونات الهيدروكسيد السالبة الشحنة (OH- ) هناك. وهذا يسمح بتدفق مستمر للكهرباء. [ 14 ]

تتنافس الأنيونات الموجودة في المحلول الإلكتروليتي مع أيونات الهيدروكسيد على فقدان إلكترون . سيتأكسد الأنيون ذو الجهد القياسي الأقل من أيون الهيدروكسيد بدلاً من الهيدروكسيد، ولن ينتج غاز الأكسجين. وبالمثل، سيختزل الكاتيون ذو الجهد القياسي الأعلى من أيون الهيدروجين بدلاً من الهيدروجين.

تتميز العديد من الكاتيونات بجهد قطبي أقل من أيون الهيدروجين (H +) ، ولذلك فهي مناسبة للاستخدام ككاتيونات إلكتروليتية، مثل: الليثيوم (Li +) ، والربيديوم (Rb +) ، والبوتاسيوم ( K +) ، والسيزيوم ( Cs +) ، والباريوم ( Ba2+) ، والسترونتيوم (Sr2 +) ، والكالسيوم (Ca2 +) ، والصوديوم (Na + )، والمغنيسيوم ( Mg2 +) . يُعد الصوديوم والبوتاسيوم من الخيارات الشائعة [ 15 ] ، نظرًا لتكوينهما أملاحًا رخيصة الثمن وقابلة للذوبان.

إذا استُخدم حمضٌ كإلكتروليت، فإن الكاتيون يكون H + ، ولا يتكوّن أي منافس لـ H + نتيجةً لتفكك الماء. أما الأنيون الأكثر شيوعًا فهو الكبريتات ( SO2-4 ) ، لصعوبة أكسدته. ويبلغ جهد الأكسدة القياسي لهذا الأيون إلى أيون بيروكسيديسلفات +2.010 فولت. [ 16 ]

تعتبر الأحماض القوية مثل حمض الكبريتيك (H 2 SO 4 ) والقواعد القوية مثل هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) من الخيارات الشائعة كإلكتروليتات نظرًا لقدراتها القوية على التوصيل.

يمكن استخدام إلكتروليت بوليمري صلب مثل نافيون ، وعند تطبيقه مع محفز مناسب على كل جانب من الغشاء، يمكنه إجراء التحليل الكهربائي بكفاءة عالية بجهد منخفض يصل إلى 1.5  فولت. تستخدم العديد من أنظمة التحليل الكهربائي التجارية إلكتروليتات صلبة. [ 17 ]

ماء نقي

تم تحقيق التحليل الكهربائي للماء النقي بدون إلكتروليت باستخدام خلايا كهروكيميائية ذات فجوة نانوية أصغر بكثير من طول ديباي . عندما تكون الفجوة بين المهبط والمصعد أصغر من طول ديباي (1 ميكرون في الماء النقي، وحوالي 220  نانومتر في الماء المقطر)، يمكن أن تتداخل مناطق الطبقة المزدوجة من القطبين، مما يؤدي إلى مجال كهربائي عالٍ ومتجانس موزع عبر الفجوة بأكملها. يمكن لهذا المجال الكهربائي العالي أن يعزز بشكل كبير نقل الأيونات (بشكل أساسي بسبب الهجرة)، مما يزيد من التأين الذاتي ، ويستمر التفاعل، ويُظهر مقاومة ضئيلة بين القطبين. في هذه الحالة، يقترن نصفا التفاعل ويحدهما خطوات نقل الإلكترون (يصل تيار التحليل الكهربائي إلى التشبع عند مسافات أقصر بين القطبين). [ 18 ]

مياه البحر

تُشكّل مياه البحر المحيطة تحدياتٍ بسبب وجود الأملاح والشوائب الأخرى. وقد تتضمن بعض الطرق تحلية المياه قبل التحليل الكهربائي، بينما لا تتضمنها طرق أخرى. ينتج عن التحليل الكهربائي التقليدي أيونات الكلور السامة والمسببة للتآكل (مثل Cl⁻ ).و ClO −[ 19 ] [ 20 ] تم تطوير طرق متعددة لتحليل مياه البحر غير المعالجة كهربائياً. تتطلب أجهزة التحليل الكهربائي النموذجية ذات غشاء تبادل البروتونات (PEM) عملية تحلية المياه.

تتضمن عملية التحليل الكهربائي غير المباشر لمياه البحر خطوتين: تحلية مياه البحر باستخدام جهاز معالجة مسبقة، ثم إنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي التقليدي للماء. تُحسّن هذه الطريقة الكفاءة، وتقلل التآكل، وتُطيل عمر المحفز. [ 21 ] يرى البعض أن تكاليف تحلية مياه البحر منخفضة نسبيًا مقارنةً بتحليل الماء، مما يُشير إلى ضرورة تركيز البحث على تطوير عمليات أكثر كفاءة لتحليل الماء مُقترنة بالتحلية على مرحلتين. [ 22 ] [ 23 ]

مع ذلك، تتطلب محطات التحليل الكهربائي غير المباشر لمياه البحر مساحةً أكبر، وطاقةً أعلى، وصيانةً أكثر، ويعتقد البعض أن نقاء المياه المُتحقق من خلال التناضح العكسي لمياه البحر قد لا يكون كافيًا، مما يستلزم معداتٍ إضافية وتكاليف إضافية. [ 21 ] في المقابل، يتجاوز التحليل الكهربائي المباشر لمياه البحر مرحلة المعالجة المسبقة، ويُدخل مياه البحر مباشرةً إلى المُحلل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين. يُنظر إلى هذا النهج على أنه أكثر جدوى نظرًا لمحدودية موارد المياه العذبة، والحاجة إلى إعطاء الأولوية للاحتياجات البشرية الأساسية، وإمكانية تقليل استهلاك الطاقة والتكاليف. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] تُعد الأغشية بالغة الأهمية لكفاءة التحليل الكهربائي، ولكنها قد تتأثر سلبًا بالأيونات الغريبة الموجودة في مياه البحر، مما يُقصر عمرها الافتراضي ويُقلل من كفاءة عملية التحليل الكهربائي. [ 26 ]

يتمثل أحد الأساليب في دمج أغشية التناضح الأمامي مع تحليل الماء لإنتاج الهيدروجين بشكل مستمر من مصادر المياه غير النقية. يُولّد تحليل الماء تدرجًا في التركيز يتوازن مع تدفق الماء عبر التناضح الأمامي، مما يسمح باستخلاص الماء النقي باستمرار. مع ذلك، يواجه هذا التصميم تحديات، مثل احتمال مرور أيونات الكلور عبر الغشاء وتسببها في تلفه، بالإضافة إلى خطر اختلاط الهيدروجين والأكسجين في غياب فاصل. [ 27 ]

لمعالجة هذه المشكلات، تم استخدام غشاء شبه نفاذ منخفض التكلفة بين الأقطاب الكهربائية لفصل الغازات المتولدة، مما يقلل من تكاليف الغشاء ويحد من أكسدة الكلور. بالإضافة إلى ذلك، تشير الأبحاث إلى أن استخدام مواد أساسها المعادن الانتقالية يدعم التحليل الكهربائي للماء بكفاءة. [ 28 ] وقد استكشفت بعض الدراسات استخدام أغشية التناضح العكسي منخفضة التكلفة (أقل من 10 دولارات/م² ) كبديل لأغشية التبادل الأيوني باهظة الثمن (500-1000 دولار/م² ) . ويُصبح استخدام أغشية التناضح العكسي خيارًا اقتصاديًا جذابًا في أنظمة التحليل الكهربائي للماء مقارنةً بأغشية التبادل الأيوني، نظرًا لفعاليتها من حيث التكلفة وانتقائيتها العالية للبروتونات لأملاح الكاتيونات، خاصةً عند استخدام محاليل إلكتروليتية عالية التركيز. [ 29 ]

تتضمن طريقة بديلة استخدام غشاء كاره للماء لمنع دخول الأيونات إلى مجموعة الخلايا. تجمع هذه الطريقة بين غشاء بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) مسامي كاره للماء ومسامي، مع إلكتروليت ذاتي التخميد، باستخدام محلول حمض الكبريتيك المسترطب مع محلل كهربائي قلوي تجاري لتوليد غاز الهيدروجين من مياه البحر. على نطاق أوسع، يمكن لنظام التحليل الكهربائي لمياه البحر هذا إنتاج 386 لترًا من الهيدروجين في الساعة باستمرار لأكثر من 3200 ساعة دون حدوث تآكل ملحوظ للمحفز أو تبلل الغشاء. تستفيد هذه العملية من التباين في ضغط بخار الماء بين مياه البحر والإلكتروليت ذاتي التخميد لدفع تبخر مياه البحر وانتشار بخار الماء، يليه تسييل بخار الماء الممتص على الإلكتروليت ذاتي التخميد. [ 30 ] [ 21 ]

التقنيات

اعتبارًا من عام 2022، يتطلب التحليل الكهربائي التجاري حوالي 53 كيلوواط ساعة من الكهرباء لإنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين، والذي يحتوي على 39.4 كيلوواط ساعة ( القيمة الحرارية العليا ) من الطاقة. [ 31 ]

اختبار التطابق المستخدم للكشف عن وجود غاز الهيدروجين

فولتمتر هوفمان

يُعدّ فولتميتر هوفمان خلية تحليل كهربائي صغيرة الحجم. ويتكون من ثلاث أسطوانات رأسية متصلة. الأسطوانة الداخلية مفتوحة من الأعلى للسماح بإضافة الماء والإلكتروليت. يوضع قطب بلاتيني (صفيحة أو على شكل قرص عسل) في أسفل كل من الأسطوانتين الجانبيتين، ويتصل بطرفي مصدر كهربائي. تعمل الغازات المتولدة على إزاحة الماء وتتجمع في أعلى الأنبوبين الخارجيين، حيث يمكن سحبها بواسطة صنبور .

ضغط عالٍ

تتضمن عملية التحليل الكهربائي عالي الضغط إنتاج هيدروجين مضغوط بضغط يتراوح بين 12 و20 ميجا باسكال (120-200 بار ، 1740-2900 رطل لكل بوصة مربعة ). [ 32 ] وبفضل ضغط الهيدروجين في المحلل الكهربائي، يتم الاستغناء عن الحاجة إلى ضاغط هيدروجين خارجي . ويبلغ متوسط ​​استهلاك الطاقة حوالي 3%. [ 33 ]

درجات حرارة عالية

كفاءة التحليل الحراري للماء النظرية. [ 34 ] كفاءة 60% عند 1000 درجة مئوية. تبلغ كفاءة إعادة تشكيل الهيدروكربونات بالبخار إلى هيدروجين 70-85 % [ 35 ] .

تُعدّ عملية التحليل الكهربائي عالي الحرارة (وتُعرف أيضًا باسم التحليل الكهربائي بالبخار) أكثر كفاءة عند درجات الحرارة المرتفعة. ويُوفّر محرك حراري جزءًا من الطاقة، وهو عادةً أرخص من الكهرباء. [ 36 ] [ 37 ]

التحليل الكهربائي للماء القلوي

التحليل الكهربائي للماء القلوي هو نوع من التحليل الكهربائي يتميز بوجود قطبين كهربائيين يعملان في محلول إلكتروليتي قلوي سائل. يُستخدم عادةً محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) بتركيز 25-40% وزنيًا. [ 38 ] يفصل بين هذين القطبين غشاءٌ يفصل الغازات الناتجة وينقل أيونات الهيدروكسيد (OH⁻ ) من قطب إلى آخر. [ 39 ] [ 40 ] أظهرت مقارنة حديثة أن أجهزة التحليل الكهربائي للماء الحديثة القائمة على النيكل مع المحاليل الإلكتروليتية القلوية تُحقق كفاءةً منافسةً أو حتى أفضل من التحليل الكهربائي للماء باستخدام غشاء إلكتروليتي بوليمري حمضي مع محفزات كهربائية قائمة على معادن مجموعة البلاتين . [ 41 ]

تتمتع هذه التقنية بتاريخ طويل في الصناعة الكيميائية. ظهر أول طلب واسع النطاق على الهيدروجين في أواخر القرن التاسع عشر للطائرات الأخف من الهواء ، وقبل ظهور إصلاح البخار في ثلاثينيات القرن العشرين، كانت هذه التقنية قادرة على المنافسة.

شهدت التقنيات القائمة على الهيدروجين تطورًا ملحوظًا منذ اكتشاف الهيدروجين واستخدامه المبكر كغاز خفيف قبل حوالي 250 عامًا. في عام 1804، حصل المخترع السويسري فرانسوا إسحاق دي ريفاز على براءة اختراع لأول مركبة تعمل بالهيدروجين. استخدم هذا النموذج الأولي، ذو التصميم رباعي العجلات، محرك احتراق داخلي يعمل بمزيج من غازي الهيدروجين والأكسجين. تم تخزين وقود الهيدروجين في بالون، وتم إشعاله بواسطة بادئ تشغيل كهربائي يُعرف باسم بادئ فولتا. دفعت عملية الاحتراق المكبس داخل الأسطوانة، والذي، عند هبوطه، قام بتشغيل عجلة من خلال آلية تروس. يمكن اعتبار هذا الاختراع تجسيدًا مبكرًا لنظام يتضمن تخزين الهيدروجين ، وقنوات، وصمامات، وجهاز تحويل. [ 42 ]

بعد حوالي أربعة عقود من تطوير العالم العسكري ريتر لأول محلل كهربائي، اكتشف الكيميائيان شونباين والسير غروف، كلٌ على حدة، مفهوم خلية الوقود وعرضاه. تعمل هذه التقنية عكس التحليل الكهربائي في حوالي عام 1839. وقد مثّل هذا الاكتشاف علامة فارقة في مجال تكنولوجيا الهيدروجين، مُظهرًا إمكانات الهيدروجين كمصدر للطاقة النظيفة. [ 42 ]

غشاء تبادل البروتونات

يفصل المحلل الكهربائي ذو غشاء تبادل البروتونات المواد المتفاعلة وينقل البروتونات مع منع مرور الإلكترونات عبر الغشاء. تستخدم خلايا وقود PEM غشاءً بوليمريًا صلبًا (طبقة رقيقة من البلاستيك) يسمح بمرور أيونات الهيدروجين ( البروتونات ) عند تشبعه بالماء، ولكنه لا ينقل الإلكترونات.

تستخدم هذه التقنية غشاء تبادل البروتونات، أو غشاء البوليمر الإلكتروليتي (PEM)، وهو غشاء شبه منفذ مصنوع عادةً من الأيونومرات ، ومصمم لتوصيل البروتونات مع العمل كعازل وحاجز للمواد المتفاعلة، مثل غازي الأكسجين والهيدروجين . [ 43 ] تستخدم خلايا وقود PEM غشاءً بوليمريًا صلبًا (غشاءً بلاستيكيًا رقيقًا) يكون منفذًا للبروتونات عند تشبعه بالماء، ولكنه لا يوصل الإلكترونات. تتميز أغشية تبادل البروتونات بشكل أساسي بموصلية البروتونات (σ)، ونفاذية الميثانول ( P )، والاستقرار الحراري. [ 44 ]

يمكن تصنيع أغشية تبادل البروتونات (PEMs) إما من بوليمر نقي أو من أغشية مركبة ، حيث تُدمج مواد أخرى في مصفوفة بوليمرية. ومن أكثر المواد المتوفرة تجاريًا شيوعًا بوليمر الفلورو (PFSA) [ 45 ] نافيون [ 46 ] . نافيون هو أيونومر ذو هيكل جزيئي مشبع بالفلور، مثل التفلون [ 47 ] . تُستخدم العديد من الأنماط الهيكلية الأخرى لصنع الأيونومرات لأغشية تبادل البروتونات. يستخدم الكثير منها بوليمرات عطرية متعددة الحلقات ، بينما يستخدم البعض الآخر بوليمرات مشبعة بالفلور جزئيًا.

غشاء تبادل الأنيونات

تستخدم عملية التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل الأيوني غشاءً للتبادل الأيوني (AEM) لفصل المنتجات، وتوفير العزل الكهربائي بين الأقطاب، وتسهيل توصيل الأيونات. وعلى عكس التحليل الكهربائي باستخدام غشاء تبادل البروتونات (PEM)، يسمح التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل الأيوني (AEM) بتوصيل أيونات الهيدروكسيد. ومن المزايا البارزة للتحليل الكهربائي للماء باستخدام غشاء التبادل الأيوني (AEM) الاستغناء عن الحاجة إلى محفزات المعادن النفيسة باهظة الثمن، حيث يمكن استخدام محفزات المعادن الانتقالية منخفضة التكلفة بدلاً منها. [ 48 ] [ 49 ]

الماء فوق الحرج

تستخدم عملية التحليل الكهربائي للماء فوق الحرج (SWE) الماء في حالة فوق حرجة . يتطلب الماء فوق الحرج طاقة أقل، مما يقلل التكاليف. تعمل هذه العملية عند درجة حرارة تزيد عن 375  درجة مئوية، مما يقلل من الحواجز الديناميكية الحرارية ويزيد من سرعة التفاعل، ويحسن التوصيل الأيوني مقارنةً بالماء السائل أو الغازي، مما يقلل من الفقد الأومي. تشمل المزايا تحسين الكفاءة الكهربائية، وتوصيل غازات المنتج تحت ضغط يزيد عن 221 بار، والقدرة على العمل بكثافات تيار عالية، والاعتماد المنخفض على المحفزات المعدنية النفيسة. اعتبارًا من عام 2021، لم تكن معدات التحليل الكهربائي للماء فوق الحرج التجارية متوفرة. [ 50 ]

النيكل/الحديد

في عام ٢٠١٤، أعلن باحثون عن استخدام محفزات النيكل والحديد في التحليل الكهربائي بدلاً من المعادن النفيسة. يتميز تركيب النيكل المعدني/أكسيد النيكل بنشاط أعلى من النيكل المعدني أو أكسيد النيكل منفردًا. ويخفض المحفز الجهد المطلوب بشكل ملحوظ . [ ٥١ ] [ ٥٢ ] وتجري حاليًا دراسة بطاريات النيكل والحديد لاستخدامها كبطاريات ومحللات كهربائية مدمجة. يمكن شحن هذه "البطاريات المحللة" وتفريغها مثل البطاريات التقليدية، وتنتج الهيدروجين عند اكتمال شحنها. [ ٥٣ ]

في عام 2023، أعلن باحثون في أستراليا عن استخدام طبقة مسامية من محفز فوسفيد النيكل والموليبدينوم المُطعّم بالنيتروجين. يزيد تطعيم النيتروجين من الموصلية ويُحسّن الكثافة الإلكترونية والتركيب الكيميائي للسطح، مما يُنتج مواقع تحفيزية إضافية. يرتبط النيتروجين بالمعادن السطحية، وله خصائص كهروسالبة تُساعد على استبعاد الأيونات والجزيئات غير المرغوب فيها، بينما تعمل أيونات الفوسفات والكبريتات والنترات والهيدروكسيل السطحية على منع الكلور وبالتالي منع التآكل. يُمكن تحقيق كثافة تيار 10 مللي أمبير/سم² باستخدام جهد 1.52 فولت في محلول إلكتروليتي قلوي، و1.55 فولت في مياه البحر . [ 54 ]

الخلايا الكهروكيميائية ذات الفجوة النانوية

في عام ٢٠١٧، أفاد باحثون عن خلايا كهروكيميائية ذات فجوة نانوية حققت كفاءة عالية في التحليل الكهربائي للماء النقي دون استخدام إلكتروليت عند درجة حرارة الغرفة. في هذه الخلايا، يكون القطبين الكهربائيين متقاربين للغاية (أصغر من طول ديباي ) بحيث يكون معدل انتقال الكتلة أعلى من معدل انتقال الإلكترون، مما يؤدي إلى تفاعلين نصفيين مترابطين ومحدودين بخطوة انتقال الإلكترون. تُظهر التجارب أن كثافة التيار الكهربائي قد تكون أكبر من تلك الناتجة عن  محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز ١ مول/لتر. وتختلف "آلية الانهيار الافتراضي" هذه تمامًا عن النظرية الكهروكيميائية التقليدية، وذلك بسبب تأثيرات حجم الفجوة النانوية. [ ١٨ ]

تغذية شعرية

يُزعم أن خلية التحليل الكهربائي ذات التغذية الشعرية لا تتطلب سوى 41.5 كيلوواط ساعة لإنتاج  كيلوغرام واحد من الهيدروجين. يُعزل محلول الماء الإلكتروليتي عن الأقطاب الكهربائية بواسطة فاصل مسامي محب للماء. يُسحب الماء إلى داخل خلية التحليل الكهربائي بفعل الخاصية الشعرية، بينما تخرج الغازات المُحللة كهربائيًا من كلا الجانبين. يُحسّن هذا التصميم تقنية غشاء تبادل البروتونات (PEM) من خلال التخلص من الفقاعات التي تُقلل من التلامس بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت، مما يُقلل من الكفاءة. يُزعم أن التصميم يعمل بكفاءة طاقة تصل إلى 98% ( القيمة الحرارية العليا للهيدروجين). يستغني التصميم عن تدوير الماء وخزانات الفصل وغيرها من الآليات، ويمكن تبريده بالهواء أو بالإشعاع. [ 31 ] [ 55 ] لم تتوفر بعد معلومات حول تأثير تراكم الشوائب في الخلية من تلك الموجودة في مياه التغذية.

التطبيقات

يُنتج حوالي خمسة بالمئة من غاز الهيدروجين المُنتج عالميًا عن طريق التحليل الكهربائي. وتُستمد الغالبية العظمى من إنتاج الهيدروجين الصناعي الحالي من الغاز الطبيعي في عملية إعادة تشكيل البخار ، أو من الأكسدة الجزئية للفحم أو الهيدروكربونات الثقيلة. ويُعدّ معظم الهيدروجين المُنتج عن طريق التحليل الكهربائي منتجًا ثانويًا في إنتاج الكلور والصودا الكاوية . وهذا مثالٌ بارز على التفاعلات الجانبية المتنافسة .

2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

في عملية الكلور القلوي (التحليل الكهربائي للمحلول الملحي)، لا يمثل خليط الماء وكلوريد الصوديوم سوى نصف عملية التحليل الكهربائي للماء، حيث تتأكسد أيونات الكلوريد إلى كلور بدلاً من تأكسد الماء إلى أكسجين. من الناحية الديناميكية الحرارية، لا يُتوقع هذا لأن جهد أكسدة أيون الكلوريد أقل من جهد أكسدة الماء، ولكن معدل تفاعل الكلوريد أعلى بكثير من معدل تفاعل الماء، مما يجعله هو المهيمن. يُستخدم الهيدروجين الناتج من هذه العملية إما بالحرق (ليتحول مرة أخرى إلى ماء)، أو في إنتاج مواد كيميائية متخصصة ، أو في تطبيقات أخرى صغيرة النطاق.

تُستخدم عملية التحليل الكهربائي للماء أيضًا لتوليد الأكسجين لمحطة الفضاء الدولية . [ 56 ] [ 57 ]

تتشابه العديد من خلايا التحليل الكهربائي الصناعية مع فولتميترات هوفمان ، حيث تستخدم صفائح بلاتينية أو هياكل قرص العسل كأقطاب كهربائية. يُنتج الهيدروجين عادةً للاستخدامات المباشرة، مثل مشاعل الأكسجين الهيدروجيني ، أو عند الحاجة إلى هيدروجين أو أكسجين عالي النقاء . يُنتج معظم الهيدروجين من الهيدروكربونات، ولذلك يحتوي على كميات ضئيلة من أول أكسيد الكربون، بالإضافة إلى شوائب أخرى. قد تُلحق شوائب أول أكسيد الكربون أضرارًا بالغة بالعديد من الأنظمة، بما في ذلك العديد من خلايا الوقود .

بما أن أجهزة التحليل الكهربائي قابلة للتخفيض التدريجي، فمن المحتمل استخدامها في المستقبل لمعالجة عدم التوافق بين العرض والطلب على الكهرباء. [ 58 ]

كفاءة

الإنتاج الصناعي

توضيح المدخلات والمخرجات لعملية التحليل الكهربائي البسيط للماء، لإنتاج الهيدروجين.

تُقاس كفاءة مولدات الهيدروجين الحديثة بكمية الطاقة المستهلكة لكل وحدة حجم قياسية من الهيدروجين (ميغا جول/م³ ) ، بافتراض درجة حرارة وضغط قياسيين للهيدروجين . كلما انخفضت الطاقة التي يستهلكها المولد، زادت كفاءته؛ إذ يستهلك محلل كهربائي بكفاءة 100% ما مقداره 39.4 كيلوواط ساعة لكل كيلوغرام (142 ميغا جول/كغ) (القيمة الحرارية العليا) من الهيدروجين ، [ 59 ] أي ما يعادل 12749 جول لكل لتر (12.75 ميغا جول/م³ ) . قد يستهلك التحليل الكهربائي العملي (باستخدام محلل كهربائي دوار عند ضغط 15 بار) ما مقداره 50 كيلوواط ساعة/كغ (180 ميغا جول/كغ) ، ويزداد استهلاكه بمقدار 15 كيلوواط ساعة (54 ميغا جول) إذا تم ضغط الهيدروجين لاستخدامه في سيارات الهيدروجين. [ 60 ] ويمكن تقليل استهلاك الكهرباء بإضافة حرارة خارجية عند درجة حرارة 150 درجة مئوية (302 درجة فهرنهايت) . [ 61 ]        

توجد ثلاث تقنيات رئيسية متاحة في السوق: القلوية ، وغشاء تبادل البروتونات (PEM)، والمحللات الكهربائية ذات الأكسيد الصلب .

تُعدّ المحللات الكهربائية القلوية أرخص من حيث الاستثمار (إذ تستخدم عادةً محفزات النيكل)، لكنها الأقل كفاءة. أما المحللات الكهربائية ذات غشاء تبادل البروتونات (PEM) فهي أغلى ثمناً (إذ تستخدم عادةً محفزات معدنية باهظة الثمن من مجموعة البلاتين)، لكنها أكثر كفاءة، ويمكنها العمل بكثافات تيار أعلى، وبالتالي قد تكون أرخص إذا كان إنتاج الهيدروجين كبيراً بما يكفي. تُعدّ خلايا التحليل الكهربائي لأكسيد صلب (SOEC) ثالث أكثر أنواع التحليل الكهربائي شيوعاً، وهي الأغلى ثمناً، وتستخدم درجات حرارة تشغيل عالية لزيادة الكفاءة. تقترب الكفاءة الكهربائية النظرية لخلايا SOEC من 100% عند إنتاج 90% من الهيدروجين. [ 62 ] لا يؤثر تدهور النظام بمرور الوقت على كفاءة محللات SOEC في البداية، على عكس محللات PEM والقلوية. مع تدهور نظام SOEC، يزداد جهد الخلية، مما يُنتج المزيد من الحرارة في النظام بشكل طبيعي. ونتيجةً لذلك، تقل الطاقة المطلوبة للحفاظ على سخونة النظام، مما يُعوّض فقدان الطاقة الناتج عن التدهور الكبير في البداية. [ 63 ] تتطلب تقنية SOEC استبدال المكدس بعد بضع سنوات من التدهور.

كفاءة

يقدم موردو أجهزة التحليل الكهربائي كفاءات تستند إلى المحتوى الحراري . ولتقييم الكفاءة المعلنة لجهاز التحليل الكهربائي، من المهم تحديد كيفية تعريفها من قبل المورد (أي قيمة المحتوى الحراري، وكثافة التيار، وما إلى ذلك).

تبلغ كفاءة التحليل الكهربائي القلوي التقليدي حوالي 70%. [ 64 ] وبمراعاة استخدام القيمة الحرارية الأعلى (لأن الحرارة المفقودة يمكن إعادة توجيهها إلى النظام لإنتاج البخار اللازم للمحفز)، فإن متوسط ​​كفاءة التشغيل للتحليل الكهربائي باستخدام غشاء تبادل البروتونات (PEM) يبلغ حوالي 80%. [ 65 ] [ 66 ] ومن المتوقع أن ترتفع هذه النسبة إلى ما بين 82 و86% [ 67 ] قبل عام 2030. أما الكفاءة النظرية لأجهزة التحليل الكهربائي باستخدام غشاء تبادل البروتونات (PEM) فتُقدّر بنحو 94%. [ 68 ]

في عام 2024، أعلنت شركة هيساتا الأسترالية عن جهاز يتميز بكفاءة تصل إلى 95% مقارنةً بالقيمة الحرارية العليا للهيدروجين. تستهلك الأنظمة التقليدية 52.5 كيلوواط/ساعة لإنتاج الهيدروجين، الذي يمكنه تخزين 39.4 كيلوواط/ساعة من الطاقة (لكيلوغرام واحد). بينما تتطلب تقنيتها 41.5 كيلوواط/ساعة فقط لإنتاج كيلوغرام واحد. تستخدم هذه التقنية محللًا كهربائيًا يعمل بالخاصية الشعرية للتخلص من فقاعات الهيدروجين والأكسجين في المحلول الإلكتروليتي. الفقاعات غير موصلة للكهرباء، ويمكنها الالتصاق بالأقطاب الكهربائية، مما يقلل من تعرضها للمحلول الإلكتروليتي، ويزيد من المقاومة. تضع هيساتا المحلول الإلكتروليتي في قاع الجهاز، حيث تسحبه الخاصية الشعرية عبر فاصل مسامي محب للماء بين الأقطاب. يتصل كل قطب كهربائي بالمحلول الإلكتروليتي اتصالًا كاملًا من الداخل، بينما يحتوي على حجرة جافة من الخارج. [ 69 ] [ 70 ] لم تتوفر بعد معلومات حول تأثير تراكم الشوائب في الخلية من تلك الموجودة في مياه التغذية.

يكلف

يُعدّ حساب التكلفة أمرًا معقدًا، [ 71 ] ويكاد ينعدم وجود سعر سوقي محدد . [ 72 ] عند النظر إلى الإنتاج الصناعي للهيدروجين، وباستخدام أفضل العمليات الحالية لتحليل الماء كهربائيًا (التحليل الكهربائي باستخدام غشاء تبادل البروتونات أو التحليل الكهربائي القلوي) والتي تتميز بكفاءة كهربائية فعالة تتراوح بين 70 و80%، [ 68 ] [ 73 ] [ 74 ] يتطلب إنتاج كيلوغرام واحد  من الهيدروجين (الذي تبلغ طاقته النوعية 143 ميغا جول/كيلوغرام) ما بين 50 و55 كيلوواط ساعة (180-200 ميغا جول) من الكهرباء. وبسعر كهرباء يبلغ 0.06 دولار/كيلوواط ساعة، كما هو محدد في أهداف إنتاج الهيدروجين لوزارة الطاقة الأمريكية لعام 2015، [ 75 ] فإن تكلفة الهيدروجين تبلغ 3 دولارات/كيلوغرام. تعتمد تكلفة المعدات على الإنتاج الضخم، وقد ارتفعت تكلفة أجهزة التحليل الكهربائي بنسبة 50% بين عامي 2021 و2024. [ 76 ] وتعتمد تكلفة التشغيل على تكلفة الكهرباء بنحو نصف سعر المنتج المُعدّل. [ 72 ] [ 71 ]  

تكلفة إنتاج الهيدروجين (بالدولار الأمريكي غير الخاضع للضريبة) عند أسعار الغاز الطبيعي المتغيرة

مقارنة مع الهيدروجين المُعاد تشكيله بالبخار والميثان (SMR)

مع نطاق أسعار الغاز الطبيعي لعام 2016 كما هو موضح في الرسم البياني ( خارطة طريق فريق تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين، نوفمبر 2017 )، والذي يضع تكلفة الهيدروجين المُعاد تشكيله بالبخار والميثان (SMR) بين 1.20 و1.50 دولارًا أمريكيًا، فإن تكلفة إنتاج الهيدروجين عبر التحليل الكهربائي لا تزال تتجاوز ضعف أسعار الهيدروجين المستهدفة من قِبل وزارة الطاقة الأمريكية لعام 2015. يبلغ السعر المستهدف للهيدروجين من قِبل وزارة الطاقة الأمريكية في عام 2020 مبلغ 2.30 دولارًا أمريكيًا/كجم، مما يتطلب تكلفة كهرباء قدرها 0.037 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط ساعة، وهو سعر قابل للتحقيق بالنظر إلى مناقصات اتفاقيات شراء الطاقة لعام 2018 [ 77 ] لطاقة الرياح والطاقة الشمسية في العديد من المناطق. هذا يجعل هدف الوصول إلى 4 دولارات أمريكية/غالون بنزين مكافئ (gge) من الهيدروجين المُوزع هدفًا واقعيًا، وقريبًا من تكلفة إنتاج الغاز الطبيعي المرتفعة قليلًا لعملية إعادة تشكيل الميثان بالبخار والميثان.

في مناطق أخرى من العالم، يتراوح سعر الهيدروجين المُنتَج بتقنية إصلاح الميثان بالبخار بين دولار واحد وثلاثة دولارات للكيلوغرام الواحد في المتوسط. وهذا يجعل إنتاج الهيدروجين عبر التحليل الكهربائي تنافسيًا من حيث التكلفة في العديد من المناطق بالفعل، كما أوضحت شركة نيل هيدروجين [ 78 ] وغيرها، بما في ذلك مقال صادر عن وكالة الطاقة الدولية [ 79 ] يتناول الظروف التي قد تؤدي إلى ميزة تنافسية للتحليل الكهربائي. وقد جعل الارتفاع الكبير في أسعار الغاز خلال أزمة الطاقة العالمية 2021-2022 التحليل الكهربائي للهيدروجين مُجديًا اقتصاديًا في بعض أنحاء العالم. [ 80 ]

مرافق

تعمل بعض أجهزة التحليل الكهربائي الصناعية الكبيرة بقدرة عدة ميغاواط. اعتبارًا من عام 2022أكبرها محطة قلوية بقدرة 150 ميغاواط في نينغشيا، الصين، بطاقة إنتاجية تصل إلى 23,000 طن سنويًا. [ 81 ] في حين أن تكلفة معدات التحليل الكهربائي الغربية عالية الكفاءة قد تصل إلى 1200 دولار/كيلوواط، فإن تكلفة المعدات الصينية منخفضة الكفاءة قد تصل إلى 300 دولار/كيلوواط، ولكن بعمر افتراضي أقصر يبلغ 60,000 ساعة. [ 82 ]

اعتبارًا من عام 2022ويتوقع محللون مختلفون أن يبلغ الإنتاج السنوي للمعدات بحلول عام 2030 ما بين 47 و104 و180 جيجاواط على التوالي. [ 83 ]

الجهد الزائد

تتطلب أجهزة التحليل الكهربائي للماء الحقيقي جهدًا كهربائيًا أعلى لإتمام التفاعل. يُطلق على الجزء الذي يتجاوز 1.23 فولت [ 84 ] اسم الجهد الزائد ، وهو يمثل أي نوع من الفقد أو عدم المثالية في العملية الكهروكيميائية.

في الخلية المثالية، يمثل جهد التفاعل الزائد لأكسدة الماء إلى الأكسجين عند المصعد، والذي يتطلب أربعة إلكترونات، أكبر جهد زائد . ويمكن تسريع هذا التفاعل باستخدام المحفزات الكهربائية ، حيث تُعتبر سبائك البلاتين من المواد المرجعية الشائعة لهذه العملية. توجد العديد من الطرق، من بينها وصفة عمرها 30 عامًا لكبريتيد الموليبدينوم ، [ 85 ] ونقاط الجرافين الكمومية ، [ 86 ] وأنابيب الكربون النانوية ، [ 52 ] والبيروفسكايت ، [ 87 ] والنيكل/أكسيد النيكل. [ 88 ] [ 89 ] وقد ذُكر أن فوسفيد ثلاثي الموليبدينوم ( Mo3P ) معدن غير ثمين ومتوفر بكثرة في الطبيعة، ويتمتع بخصائص تحفيزية ممتازة، ويمكن استخدامه في العمليات التحفيزية الكهربائية. تم اختبار الأداء التحفيزي لجزيئات Mo3P النانوية في تفاعل إنتاج الهيدروجين (HER)، مما يشير إلى جهد بدء منخفض يصل إلى 21 ملي فولت، ومعدل تكوين H2، وكثافة تيار تبادل تبلغ 214.7 ميكرومول/(ثانية·غرام) محفز (عند جهد زائد قدره 100 ملي فولت فقط) و279.07 ميكروأمبير/سم² على التوالي، وهي من بين أقرب القيم التي لوحظت حتى الآن للبلاتين. [ 90 ] [ 91 ]

يمكن تحفيز تفاعل إنتاج الهيدروجين عند المهبط، وهو تفاعل أبسط يتطلب إلكترونين، كهربائيًا باستخدام البلاتين، أو نظريًا باستخدام إنزيم الهيدروجيناز ، دون أي جهد زائد تقريبًا . أما إذا استُخدمت مواد أخرى أقل فعالية للمهبط (مثل الجرافيت )، فسيظهر جهد زائد كبير.

الديناميكا الحرارية

يتطلب التحليل الكهربائي للماء في الظروف القياسية حدًا أدنى نظريًا قدره 237 كيلوجول من الطاقة الكهربائية لتفكيك كل مول من الماء، وهي طاقة جيبس ​​الحرة القياسية لتكوين الماء. كما يتطلب طاقة حرارية لموازنة التغير في إنتروبيا التفاعل. لذلك، لا يمكن أن تتم العملية عند درجة حرارة ثابتة باستخدام طاقة كهربائية أقل من 286 كيلوجول لكل مول في حال عدم إضافة طاقة حرارية خارجية.

بما أن كل مول من الماء يحتاج إلى مولين من الإلكترونات ، وبما أن ثابت فاراداي F يمثل شحنة مول واحد من الإلكترونات (96485 كولوم/مول)، فإن الحد الأدنى للجهد اللازم للتحليل الكهربائي يبلغ حوالي 1.23 فولت. [ 92 ] عند إجراء التحليل الكهربائي في درجة حرارة عالية، ينخفض ​​هذا الجهد. وهذا يسمح للمحلل الكهربائي بالعمل بكفاءة كهربائية تتجاوز 100%. في الأنظمة الكهروكيميائية، يعني هذا ضرورة تزويد المفاعل بالحرارة لاستمرار التفاعل. وبهذه الطريقة، يمكن استخدام الطاقة الحرارية لتلبية جزء من متطلبات طاقة التحليل الكهربائي. [ 93 ] وبالمثل، يمكن خفض الجهد المطلوب (إلى أقل من 1 فولت) عند تفاعل أنواع الوقود (مثل الكربون، الكحول، الكتلة الحيوية) مع الماء (في محلل كهربائي يعتمد على غشاء تبادل البروتونات عند درجة حرارة منخفضة) أو مع أيونات الأكسجين (في محلل كهربائي يعتمد على إلكتروليت أكسيد صلب عند درجة حرارة عالية). ينتج عن ذلك استخدام جزء من طاقة الوقود "للمساعدة" في عملية التحليل الكهربائي، مما قد يقلل التكلفة الإجمالية للهيدروجين المُنتَج. [ 94 ]

ومع ذلك، عند ملاحظة مكون الإنتروبيا (والخسائر الأخرى)، فإن الفولتية التي تزيد عن 1.48 فولت مطلوبة لكي يستمر التفاعل عند كثافات التيار العملية ( الجهد الحراري المحايد ).

في حالة التحليل الكهربائي للماء، تمثل طاقة غيبس الحرة الحد الأدنى من الشغل اللازم لحدوث التفاعل، بينما تمثل إنثالبي التفاعل كمية الطاقة (الشغل والحرارة) اللازمة لجعل نواتج التفاعل عند نفس درجة حرارة المتفاعلات (أي درجة الحرارة القياسية للقيم المذكورة أعلاه). فعلى سبيل المثال، قد يعمل محلل كهربائي بجهد 1.48 فولت عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 25 درجة مئوية، حيث ستكون الطاقة الكهربائية المُزوَّدة مساوية لإنثالبي (حرارة) تحلل الماء، وهذا يتطلب طاقة كهربائية تزيد بنسبة 20% عن الحد الأدنى.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ لا توجد أيونات الهيدروجين الحرة (H +) والإلكترونات الحرة (e- ) عادةًفي المحلول؛ هذه الرموز هي اختصارات لأنواع أكثر تعقيدًا مثل أيون الهيدرونيوم . [ 10 ]
  2. ↑ بحسب الاصطلاح ، يشير الجهد القياسي E⦵ دائمًا إلى جهد الاختزال . ولأن هذا التفاعل هو تفاعل أكسدة، فإن قيمة E⦵ المذكورة تُشير إلى التفاعل العكسي (الاختزال) .

مراجع

  1. ↑ "التحليل الكهربائي | التعريف والاستخدامات والحقائق | بريتانيكا" . موسوعة بريتانيكا . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2026. تم الاطلاع عليه في 8 فبراير 2026 .
  2. ↑ ليفي، ر. دي (أكتوبر 1999). "التحليل الكهربائي للماء". مجلة الكيمياء التحليلية الكهربائية . 476 (1): 92-93 . doi : 10.1016/S0022-0728(99)00365-4 .
  3. ↑ ديفي، جون، محرر. (1839). "حول بعض العوامل الكيميائية للكهرباء" . الأعمال الكاملة للسير همفري ديفي . المجلد 5. الصفحات 1-12 .  
  4. ↑ "لاتشينوف ديمتري ألكساندروفيتش" . موسوعة كيرلس وميثوديوس الكبرى (باللغة الروسية). مؤرشفة من الأصل في 26 يوليو 2011.
  5. ↑ كارمو، م؛ فريتز، د؛ ميرجل، ج؛ ستولتن، د (2013). "مراجعة شاملة حول التحليل الكهربائي للماء باستخدام غشاء تبادل البروتونات". مجلة طاقة الهيدروجين . 38 (12): 4901-4934 . Bibcode : 2013IJHE...38.4901C . doi : 10.1016/j.ijhydene.2013.01.151 .
  6. ↑ "5.9 الموصلية | الرصد والتقييم | وكالة حماية البيئة الأمريكية" . أرشيف وكالة حماية البيئة الأمريكية على الإنترنت . مؤرشف من الأصل في 30 يوليو 2024. تم الاطلاع عليه في 20 أكتوبر 2024 .
  7. ↑ غير معروف. "معايير جودة المياه" (ملف PDF) . لجنة تنسيق مستجمعات نهر ماري . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 3 أكتوبر 2024. تم الاطلاع عليه في 20 أكتوبر 2024 .
  8. ↑ فريق المياه النظيفة (CWT) 2004. صحيفة حقائق التوصيل الكهربائي/الملوحة، FS3.1.3.0(EC). في: مجموعة إرشادات فريق المياه النظيفة لرصد وتقييم مستجمعات المياه، الإصدار 2.0. قسم جودة المياه، مجلس كاليفورنيا للتحكم في موارد المياه (SWRCB)، سكرامنتو، كاليفورنيا.
  9. ↑ زومدال، ستيفن س.؛ زومدال، سوزان أ. (1 يناير 2013). الكيمياء ( الطبعة التاسعة). سينجايج ليرنينج . ص 30. ISBN   978-1-13-361109-7.
  10. ↑ أتكينز، بي دبليو؛ دي باولا، خوليو (2005). عناصر الكيمياء الفيزيائية: بيتر أتكينز، خوليو دي باولا ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان : مطبعة جامعة أكسفورد. ص 210. ISBN    978-0-19-927183-2.
  11. ↑ كولي، أ.ن. وآخرون (2019). " أقطاب كهربائية غير ثمينة لتحليل الماء القلوي عمليًا" . المواد . 12 (8): 1336. Bibcode : 2019Mate...12.1336C . ​​doi : 10.3390/ma12081336 . PMC 6515460. PMID 31022944 .   
  12. ↑ فولر، سي إس (1959). "تفاعلات العيوب في أشباه الموصلات". في هاناي، إن بي (محرر). أشباه الموصلات . نيويورك: رينهولد. ص 192-221 . 
  13. ↑ لايت، ترومان س.؛ ليشت، ستيوارت؛ بيفيلكوا، أنتوني س.؛ موراش، كينيث ر. (1 يناير 2005). "التوصيلية والمقاومة الأساسية للماء". رسائل الكيمياء الكهربائية والحالة الصلبة . 8 (1): E16– E19. doi : 10.1149/1.1836121 . ISSN 1099-0062 . S2CID 54511887 .  
  14. ↑ باولينج، لينوس (1953). "القسم 15-2". الكيمياء العامة ( الطبعة الثانية). 
  15. ↑ شاتينيه، ماريان؛ بوليه، برونو ج.؛ ديكل، داريو ر.؛ ديونيجي، فابيو؛ ديسور، جوناثان؛ ميليه، بيير؛ براتز، ريتشارد د.؛ بازانت، مارتن ز.؛ إيكرلينغ، مايكل؛ ستافيل، إيان؛ بالكومب، بول؛ شاو-هورن، يانغ؛ شيفر، هيلموت (2022). "التحليل الكهربائي للماء: من المعرفة النظرية إلى أحدث الاستراتيجيات العلمية والتطورات الصناعية" . مجلة الجمعية الكيميائية . 51 (11): 4583-4762 . doi : 10.1039/d0cs01079k . PMC 9332215. PMID 35575644 .  
  16. ↑ هاينز، ويليام م. (2012). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء: كتاب مرجعي سريع للبيانات الكيميائية والفيزيائية (الطبعة 93، 2012-2013 ). بوكا راتون، فلوريدا: سي آر سي. رقم ISBN  978-1-4398-8049-4. OCLC 793213751 . 
  17. ↑ بادوال، إس بي إس ؛ جيدي، إس؛ مونينغز، سي (2012). "إنتاج الهيدروجين عبر طرق التحليل الكهربائي الصلب" . مجلة WIREs للطاقة والبيئة . 2 (5): 473-487 . رمز Bibcode : 2013WIREE...2..473B . doi : 10.1002/wene.50 . S2CID 135539661. مؤرشف من الأصل في 2 يونيو 2013. تم الاطلاع عليه في 23 يناير 2013 . 
  18. وانغ ، ييفي؛ نارايانان، إس آر؛ وو، وي (11 يوليو 2017). "تحليل الماء النقي بمساعدة المجال الكهربائي باستخدام خلايا كهروكيميائية ذات فجوة نانوية عميقة دون طول ديباي". ACS Nano . 11 ( 8): 8421-8428 . Bibcode : 2017ACSNa..11.8421W . doi : 10.1021/acsnano.7b04038 . ISSN 1936-0851 . PMID 28686412 .  
  19. ↑ كوانغ، يون؛ كيني، مايكل جيه؛ مينغ، يونغتاو؛ هونغ، وي-هسوان؛ ليو، ييجين؛ هوانغ، جيانان إريك؛ براسانا، روهيت؛ لي، بينغسونغ؛ لي، يابينغ؛ وانغ، لي؛ لين، مينغ-تشانغ؛ ماكغي، مايكل دي ؛ صن، شياومينغ؛ داي، هونغجي (2 أبريل 2019). "تحليل مياه البحر إلى وقود الهيدروجين والأكسجين باستخدام الطاقة الشمسية، وبشكل مستدام للغاية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 116 (14): 6624-6629 . Bibcode : 2019PNAS..116.6624K . doi : 10.1073/pnas.1900556116 . PMC 6452679. PMID 30886092 .  
  20. ↑ دريسب، سورين؛ ديونجي، فابيو؛ كلينجنهوف، مالتي؛ ستراسر، بيتر (12 أبريل 2019). "التحليل الكهربائي المباشر لمياه البحر: الفرص والتحديات". رسائل الطاقة ACS . 4 (4): 933-942 . Bibcode : 2019ACSEL...4..933D . doi : 10.1021/acsenergylett.9b00220 . S2CID 189716726 . 
  21. 1 2 3 شو، شاو ون؛ لي، جياني؛ تشانغ، نان. شين وي. تشنغ، ياو؛ شي ، بينكسيان (2023). “التطورات الحديثة في تقسيم مياه البحر المباشر لإنتاج الهيدروجين”. الاتصالات الكيميائية . 59 (65): 9792-9802 . دوى : 10.1039 / d3cc02074f . بميد 37527284 . S2CID 260225254 .  
  22. ^ خان، MA؛ العطاس، طارق؛ روي، سوميابراتا؛ الرحمن، محمد م.؛ غفور، نور الدين؛ ثانجادوراي، فينكاتارامان؛ لارتر، ستيفن. هو، جينغوانغ؛ أجيان، بوليكل م.؛ كيبريا ، محمد جولام (2021). “التحليل الكهربائي لمياه البحر لإنتاج الهيدروجين: حل يبحث عن مشكلة؟”. علوم الطاقة والبيئة . 14 (9): 4831– 4839. بيب كود : 2021EnEnS..14.4831K . دوى : 10.1039/d1ee00870f . اتش دي ال : 10754/670257 .
  23. 1 2 هاوسمان، ج. نيكلاس؛ شلوغل، روبرت؛ مينيزيس، براشانث و.؛ دريس، ماتياس (2021). "هل يُعدّ فصل مياه البحر مباشرةً ذا جدوى اقتصادية؟" . مجلة الطاقة والعلوم البيئية . 14 (7): 3679-3685 . Bibcode : 2021EnEnS..14.3679H . doi : 10.1039/D0EE03659E .
  24. ↑ فاراس، باو؛ ستراسر، بيتر؛ كوان، ألكسندر ج. (أغسطس 2021). "التحليل الكهربائي للماء: هل هو مباشرة من البحر أم لا؟" . مجلة جول . 5 (8): 1921-1923 . Bibcode : 2021Joule...5.1921F . doi : 10.1016/j.joule.2021.07.014 .
  25. ↑ ماريل، ماريسول؛ ديلبلانك، جان لوك؛ سيستيرناس، ناتالي؛ توبوسك، بابلو؛ ماريل، ياسمين؛ كاراسكو، كلوديا (يناير 2022). "الجوانب الحاسمة في تطوير الأنودات المستخدمة في التحليل الكهربائي لمياه البحر". المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 47 (6): 3532-3549 . Bibcode : 2022IJHE...47.3532M . doi : 10.1016/j.ijhydene.2021.11.002 . S2CID 244561736 . 
  26. ↑ بينغ، تشينغيون؛ كوهين، باراك؛ دوسوريتز، كارلوس؛ هي، تشن (سبتمبر 2013). "دراسة طويلة الأمد لتلوث أغشية التبادل الكاتيوني والأنيوني في خلايا التحلية الميكروبية". التحلية . 325 : 48-55 . Bibcode : 2013Desal.325...48P . doi : 10.1016/j.desal.2013.06.025 .
  27. ↑ فيرونو، صموئيل س.؛ نوسيرا، دانيال ج. (2 مارس 2021). "التحليل الكهروكيميائي المستمر للماء من مصادر المياه الطبيعية عبر التناضح الأمامي" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 118 (9) e2024855118. Bibcode : 2021PNAS..11824855V . doi : 10.1073/pnas.2024855118 . PMC 7936378. PMID 33619109 .  
  28. ↑ فيرونو، صموئيل س.؛ هارتنيت، ألينا س.؛ ثورارينسدوتير، أغنيس إ.؛ نوسيرا، دانيال ج. (28 فبراير 2022). "تحليل مياه البحر المباشر بالتناضح الأمامي المقترن بالتحليل الكهربائي للماء". مجلة ACS للمواد التطبيقية في مجال الطاقة . 5 (2): 1403-1408 . Bibcode : 2022ACSAE...5.1403V . doi : 10.1021/acsaem.1c03998 . S2CID 246661386 . 
  29. ↑ شي، لي؛ روسي، روجيرو؛ سون، مون؛ هول، ديريك م.؛ هيكنر، مايكل أ.؛ غورسكي، كريستوفر أ.؛ لوغان، بروس إي. (2020). "استخدام أغشية التناضح العكسي للتحكم في نقل الأيونات أثناء التحليل الكهربائي للماء". الطاقة والعلوم البيئية . 13 (9): 3138-3148 . Bibcode : 2020EnEnS..13.3138S . doi : 10.1039/d0ee02173c . S2CID 224980142 . 
  30. ^ شيه ، هيبينج. تشاو، تشيو؛ ليو، تاو؛ وو، ييفان؛ لان، تشنغ. جيانغ، ونتشوان؛ تشو، ليانغيو؛ وانغ، يونبينج؛ يانغ، دونغ شنغ؛ شاو ، تسونغ بينغ (22 ديسمبر 2022). “محلل كهربائي لمياه البحر قائم على الغشاء لتوليد الهيدروجين”. طبيعة . 612 (7941): 673–678 . بيب كود : 2022Natur.612..673X . دوى : 10.1038/s41586-022-05379-5 . بميد 36450987 . S2CID 254123372 .  
  31. 1 2 بلين، لوز (16 مارس 2022). "محلل كهربائي للهيدروجين يحطم الأرقام القياسية ويدّعي كفاءة بنسبة 95%" . نيو أطلس . مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2022. تم الاسترجاع في 25 ديسمبر 2022 .
  32. ↑ "2001- التحليل الكهربائي عالي الضغط - التقنية الأساسية لإنتاج الهيدروجين بكفاءة" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2024 .
  33. ↑ غوش، بي سي؛ إيمونتس، بي؛ يانسن، إتش؛ ميرجل، جيه؛ ستولتن، دي (2003). "عشر سنوات من الخبرة التشغيلية مع نظام إمداد طاقة متجددة قائم على الهيدروجين" (ملف PDF) . الطاقة الشمسية . 75 (6): 469-478 . رمز Bibcode : 2003SoEn...75..469G . doi : 10.1016/j.solener.2003.09.006 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 27 مارس 2009.
  34. ↑ جيه إي أوبراين؛ سي إم ستوتس؛ جيه إس هيرينغ؛ إم جي ماكيلار؛ إي إيه هارفيغو؛ إم إس سوهال؛ كيه جي كوندي (2010). التحليل الكهربائي عالي الحرارة لإنتاج الهيدروجين من الطاقة النووية - ملخص تكنولوجي (ملف PDF) (تقرير). doi : 10.2172/978368 . 
  35. ↑ كالاماراس، كريستوس م.؛ إفستاثيو، أنجيلوس م. (6 يونيو 2013). "تقنيات إنتاج الهيدروجين: الوضع الراهن والتطورات المستقبلية" . أوراق مؤتمرات في العلوم . 2013 e690627. doi : 10.1155/2013/690627 .
  36. ↑ "التحليل الكهربائي بدرجة حرارة عالية باستخدام خلية التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب" . Hi2h2. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 5 مايو 2016 .
  37. ↑ "تحليل الماء كهربائياً عند درجات حرارة مرتفعة" Weltemp.eu. 31 ديسمبر 2010. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 5 مايو 2016 .
  38. ↑ شاتينيه، ماريان؛ بوليه، برونو ج.؛ ديكل، داريو ر.؛ ديونيجي، فابيو؛ ديسور، جوناثان؛ ميليه، بيير؛ براتز، ريتشارد د.؛ بازانت، مارتن ز.؛ إيكرلينغ، مايكل؛ ستافيل، إيان؛ بالكومب، بول؛ شاو-هورن، يانغ؛ شيفر، هيلموت (2022). "التحليل الكهربائي للماء: من المعرفة النظرية إلى أحدث الاستراتيجيات العلمية والتطورات الصناعية" . مجلة الجمعية الكيميائية . 51 (11): 4583-4762 . doi : 10.1039/d0cs01079k . PMC 9332215. PMID 35575644 .  
  39. ↑ كارمو، م؛ فريتز، د؛ ميرجل، ج؛ ستولتن، د (2013). "مراجعة شاملة حول التحليل الكهربائي للماء باستخدام غشاء تبادل البروتونات". مجلة طاقة الهيدروجين . 38 (12): 4901. رمز Bibcode : 2013IJHE...38.4901C . doi : 10.1016/j.ijhydene.2013.01.151 .
  40. ↑ "التحليل الكهربائي للماء القلوي" (ملف PDF) . ناقلات الطاقة وأنظمة التحويل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أكتوبر 2014 .
  41. ↑ شالينباخ، م؛ تجاركس، ج؛ كارمو، م؛ لوك، و؛ مولر، م؛ ستولتن، د (2016). "حمضي أم قلوي؟ نحو منظور جديد لكفاءة التحليل الكهربائي للماء" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 163 (11): F3197. doi : 10.1149/2.0271611jes . S2CID 35846371 . 
  42. 1 2 جوردان، توماس (2022)، "تقنيات الهيدروجين"، سلامة الهيدروجين لتطبيقات الطاقة ، إلسيفير، ص 25-115 ، doi : 10.1016/b978-0-12-820492-4.00005-1 ، ISBN  978-0-12-820492-4
  43. ↑ أنظمة كهروكيميائية بديلة لأكسدة الماء بالأوزون . موجزات ناسا التقنية (تقرير فني). ناسا . 20 مارس 2007. MSC-23045 . تاريخ الاسترجاع: 17 يناير 2015 .
  44. ↑ ناخية غولبورن. "مواضيع بحثية حول المواد والعمليات لخلايا وقود PEM لبرنامج REU لعام 2008" . جامعة فرجينيا للتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل في 27 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه في 18 يوليو 2008 .
  45. ↑ تشيوي يانغ وآخرون (2004). "أغشية إلكتروليتية هجينة غير عضوية/عضوية جديدة" (ملف PDF) . Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem . 49 (2): 599. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 28 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 19 أكتوبر 2021 . 
  46. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 5266421 ، تاونسند، كارل دبليو. وناسيلو ، آرثر بي.، "واجهة محسّنة بين الغشاء والقطب الكهربائي"، الصادرة في 11 نوفمبر 2008، والمُسجلة باسم شركة هيوز للطائرات. 
  47. ↑ غابرييل غاش (17 ديسمبر 2007). "تطوير غشاء جديد لتبادل البروتونات - نافيون يعد بخلايا وقود منخفضة التكلفة" . سوفتبيديا . مؤرشف من الأصل في 23 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه في 18 يوليو 2008 .
  48. ↑ فاركو، جون ر.؛ أتاناسوف، بلامين؛ ديكل، داريو ر.؛ هيرينغ، أندرو م.؛ هيكنر، مايكل أ.؛ كول، بول أ.؛ كوسيرناك، أنتوني ر.؛ موستين، ويليام إي.؛ نيجميير، كيتي؛ سكوت، كيث؛ شو، تونغوين؛ تشوانغ، لين (2014). "أغشية التبادل الأيوني في أنظمة الطاقة الكهروكيميائية" . مجلة علوم الطاقة والبيئة . 7 (10): 3135-3191 . Bibcode : 2014EnEnS...7.3135V . doi : 10.1039/C4EE01303D . hdl : 10044/1/24509 .
  49. ↑ ديكل، داريو ر. (يناير 2018). "مراجعة أداء الخلايا في خلايا الوقود ذات غشاء التبادل الأيوني" . مجلة مصادر الطاقة . 375 : 158-169 . Bibcode : 2018JPS...375..158D . doi : 10.1016/j.jpowsour.2017.07.117 .
  50. ↑ "تطوير أكثر أجهزة التحليل الكهربائي كفاءة في العالم" . مجلة سوبركريتيكال . مؤرشف من الأصل في 6 نوفمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 6 نوفمبر 2021 .
  51. ↑ "مُقسِّم مياه منخفض التكلفة يعمل ببطارية AAA عادية" . KurzweilAI . ٢٢ أغسطس ٢٠١٤. مؤرشف من الأصل في ١٦ أبريل ٢٠١٥. تم الاطلاع عليه في ١١ أبريل ٢٠١٥ .
  52. 1 2 جونج، مينج؛ تشو، وو. تساي، مون تشي؛ تشو، جي قانغ؛ قوان، مينغيون؛ لين، منغ تشانغ. تشانغ، بو؛ هو، يونغفنغ. وانغ، دي يان؛ يانغ، جيانغ؛ بينيكوك، ستيفن J.؛ هوانج، بنج جو؛ داي ، هونغجي (2014). "هياكل متغايرة من أكسيد النيكل / النيكل النانوي للتحفيز الكهربائي لتطور الهيدروجين النشط" . اتصالات الطبيعة . 5 4695. بيب كود : 2014NatCo...5.4695G . دوى : 10.1038/ncomms5695 . بميد 25146255 . 
  53. ↑ مولدر، إف إم؛ وآخرون (2017). "تخزين فعال للكهرباء باستخدام جهاز باتولايزر، وهو عبارة عن بطارية نيكل-حديد متكاملة مع محلل كهربائي" . مجلة علوم الطاقة والبيئة . 10 (3): 756-764 . Bibcode : 2017EnEnS..10..756M . doi : 10.1039/C6EE02923J . S2CID 99216185. تاريخ الاسترجاع: 6 يونيو 2020 .  
  54. ↑ بلين، لوز (14 فبراير 2023). ""محفز جديد "استثنائي" يفصل الهيدروجين من مياه البحر بتكلفة زهيدة" . نيو أطلس . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 فبراير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2023 .
  55. ↑ هودجز، آرون؛ هوانغ، آنه لينه؛ تسيكوراس، جورج؛ فاغنر، كلاوديا؛ لي، تشونغ يونغ؛ سويغرز، جيرهارد ف.؛ والاس، غوردون ج. (15 مارس 2022). "خلية تحليل كهربائي عالية الأداء تعمل بالتغذية الشعرية تعد بإنتاج هيدروجين متجدد بتكلفة تنافسية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 13 (1): 1304. Bibcode : 2022NatCo..13.1304H . doi : 10.1038/ s41467-022-28953 -x . PMC 8924184. PMID 35292657 .  
  56. ↑ "جعل الفضاء أكثر أمانًا باستخدام التحليل الكهربائي" . الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين . مؤرشف من الأصل في 15 مايو 2012. تم الاطلاع عليه في 26 مايو 2012 .
  57. ↑ "التنفس بسهولة في محطة الفضاء الدولية" . علوم ناسا. مؤرشف من الأصل في 19 مايو 2012. تم الاطلاع عليه في 26 مايو 2012 .
  58. ↑ «يصعب على شبكات الكهرباء الجديدة تحقيق التوازن بين العرض والطلب» . مجلة الإيكونوميست . ISSN 0013-0613 . مؤرشف من الأصل في 30 أبريل 2023. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2023 . 
  59. ↑ لوكا بيرتوتشيولي وآخرون (7 فبراير 2014). "تطوير التحليل الكهربائي للماء في الاتحاد الأوروبي" (ملف PDF) . مشروع مشترك بين خلايا الوقود والهيدروجين . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 31 مارس 2015. تم الاطلاع عليه في 3 ديسمبر 2014 . (الصفحة 10) مؤرشفة في 10 مارس 2016 في Wayback Machine .
  60. ^ ستنسفولد ، تور (26 يناير 2016). يمكن لـ «Coca-Cola-oppskrift» استخدام الهيدروجين في الصناعة الشمالية أرشفة 5 مارس 2016 في آلة Wayback .. تكنيسك أوكبلاد ، .
  61. ↑ كولينز، لي (28 أبريل 2022). ""هيدروجين أخضر أرخص" | جهاز تحليل كهربائي جديد منخفض التكلفة من شركة أمريكية ناشئة يعد بزيادة في الكفاءة بنسبة 30% . ريتشارج . مؤرشف من الأصل في 1 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 1 مايو 2022 .
  62. ↑ "هيلميث" . خلية التحليل الكهربائي ذات درجة الحرارة العالية . مؤرشف من الأصل في 24 مايو 2022. تم الاسترجاع في 20 يونيو 2022 .
  63. ↑ "الدروس المستفادة من تطوير خلايا الوقود الصلبة/خلايا التحليل الكهربائي الصلبة" (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 20 يونيو 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يونيو 2022 .
  64. ↑ ستولتن، ديتليف (4 يناير 2016). علم وهندسة الهيدروجين: المواد والعمليات والأنظمة والتكنولوجيا . جون وايلي وأولاده. ص 898. ISBN  978-3-527-67429-9أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 22 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2018 .
  65. ↑ بيرنهولز، يان (13 سبتمبر 2018). "تطبيقات تخزين الطاقة السابقة والحالية والمحتملة لشركة RWE" (ملف PDF) . RWE . ص 10. مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2019. تم الاطلاع عليه في 23 مايو 2019. الكفاءة الإجمالية: 70%، أو 86% (استخدام الحرارة المهدرة) . 
  66. ↑ "ITM – البنية التحتية للتزود بالهيدروجين – فبراير 2017" (ملف PDF) . level-network.com . ص 12. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 17 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2018 . 
  67. ↑ "خفض التكاليف وزيادة الأداء في أجهزة التحليل الكهربائي PEM" (ملف PDF) . يوروبا (بوابة إلكترونية). ص 9. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 17 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2018 . 
  68. 1 2 بيورنار كروس؛ سوندري غرينا؛ كاتو بوخ (13 فبراير 2002). "الهيدروجين - الوضع الراهن والإمكانيات" (ملف PDF) . مؤسسة بيلونا. ص 20. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 16 سبتمبر 2013. تُتوقع عوامل كفاءة تصل إلى 94% لمحللات PEM الكهربائية، ولكن هذا مجرد توقع نظري في الوقت الحالي. 
  69. ↑ بلين، لوز (13 مايو 2024). "نظام الهيدروجين الأعلى كفاءة في العالم يتوسع للإنتاج الضخم" . نيو أطلس . تم الاطلاع عليه في 16 مايو 2024 .
  70. ↑ هودجز، آرون؛ هوانغ، آنه لينه؛ تسيكوراس، جورج؛ فاغنر، كلاوديا؛ لي، تشونغ يونغ؛ سويغرز، جيرهارد ف.؛ والاس، غوردون ج. (15 مارس 2022). "خلية تحليل كهربائي عالية الأداء تعمل بالتغذية الشعرية تعد بإنتاج هيدروجين متجدد بتكلفة تنافسية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 13 (1): 1304. Bibcode : 2022NatCo..13.1304H . doi : 10.1038/ s41467-022-28953 -x . PMC 8924184. PMID 35292657 .  
  71. 1 2 مارتن، بولي (27 يوليو 2023). "تحليل | كم تبلغ تكلفة كيلوغرام واحد من الهيدروجين الأخضر فعليًا؟ حسنًا، الأمر معقد" . rechargenews.com . يُعد سعر الطاقة العامل الأكبر في تحديد تكلفة الهيدروجين الأخضر، حيث يُمثل 60-75% من التكلفة النهائية لإنتاج الهيدروجين.
  72. 1 2 كولينز، لي (24 أبريل 2024). "تحليل | الهيدروجين النظيف "لا يزال مكلفًا للغاية وغير تنافسي" - كيف يمكن خفض التكاليف؟" . rechargenews.com .
  73. ↑ فيرنر زيتل؛ راينهولد فورستر (8 يوليو 1996). "الفصل 3: إنتاج الهيدروجين. الجزء 4: الإنتاج من الكهرباء عن طريق التحليل الكهربائي" . HyWeb: المعرفة - الهيدروجين في قطاع الطاقة . شركة لودفيج-بولكو-سيستمتكنيك المحدودة. مؤرشف من الأصل في 7 فبراير 2007. تم الاطلاع عليه في 14 يناير 2006 .
  74. ↑ "تحليل كهربائي ثلاثي الأبعاد للماء عالي السرعة والكفاءة" . Grid-shift.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2011 .
  75. ↑ "الأهداف التقنية لوزارة الطاقة الأمريكية لإنتاج الهيدروجين من التحليل الكهربائي" . energy.gov . وزارة الطاقة الأمريكية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2018 .
  76. ↑ بيتينهاوزن، كريج. "الهيدروجين الأخضر لا يزال يحقق مكاسب" ، أخبار الكيمياء والهندسة ، 8 مايو 2025
  77. ↑ ديجن، جيسون. "شركة إكسل تجذب أسعارًا منخفضة "غير مسبوقة" للطاقة الشمسية وطاقة الرياح المقترنة بالتخزين" . greentechmedia.com . وود ماكنزي. مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2018. تم الاطلاع عليه في 22 أبريل 2018 .
  78. ↑ "الانتشار الواسع لحلول الهيدروجين التنافسية" (ملف PDF) . nelhydrogen.com . شركة نيل المساهمة. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 22 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2018 .
  79. ↑ فيليبير، سيدريك. "تعليق: إنتاج الهيدروجين الصناعي من الطاقة المتجددة" . iea.org . الوكالة الدولية للطاقة. مؤرشف من الأصل في 22 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه في 22 أبريل 2018 .
  80. ↑ كولينز، لي (7 مارس 2022). "حرب أوكرانيا | الهيدروجين الأخضر "أرخص من الهيدروجين التقليدي في أوروبا والشرق الأوسط والصين": بلومبيرغ نيو إنرجي فاينانس" . ريتشارج . مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2022.
  81. ↑ كولينز، لي (1 فبراير 2022). "رقم قياسي | أكبر مشروع للهيدروجين الأخضر في العالم، مع محلل كهربائي بقدرة 150 ميغاواط، تم تشغيله في الصين" . ريتشارج . مؤرشف من الأصل في 6 فبراير 2022. تم الاسترجاع في 6 فبراير 2022 .
  82. ↑ هيوارد، هاك (19 أبريل 2022). "هيئة بكين للهيدروجين تُقرّ بأنّ أجهزة التحليل الكهربائي الصينية لا تستطيع منافسة الأجهزة الغربية - حتى الآن" . ريتشارج . مؤرشف من الأصل في 20 أبريل 2022.
  83. ↑ كولينز، لي (12 أبريل 2022). "نمو بنسبة 8000% | سيتم إنتاج أكثر من 100 جيجاواط من أجهزة التحليل الكهربائي للهيدروجين سنويًا بحلول عام 2031"" . إعادة الشحن . مؤرشف من الأصل في 12 أبريل 2022.
  84. ↑ 1.23 فولت هو الجهد القياسي؛ في الظروف غير القياسية قد يكون مختلفًا، وعلى وجه الخصوص، ينخفض ​​مع درجة الحرارة.
  85. ↑ كيبسجارد، جاكوب؛ جاراميلو، توماس ف.؛ بيسنباخر، فليمنج (2014). "بناء وحدة نمطية مناسبة للموقع النشط في محفز لإنتاج الهيدروجين باستخدام تجمعات ثيوموليبدات [ Mo3S13 ] 2− " . مجلة نيتشر كيمستري . 6 (3): 248-253 . Bibcode : 2014NatCh...6..248K . doi : 10.1038/nchem.1853 . PMID 24557141. مؤرشف من الأصل في 30 يوليو 2020. تم الاسترجاع في 1 يوليو 2019 . 
  86. ↑ فاي، هويلونغ؛ يي، روكوان؛ يي، غونغلان؛ غونغ، يونغجي؛ بينغ، تشيوي؛ فان، شيوجون؛ صموئيل، إيرول إل جي؛ أجايان، بوليكيل إم؛ تور، جيمس إم. (2014). "نقاط الكم الجرافينية/صفائح النانو الهجينة من الجرافين المُطعّمة بالبورون والنيتروجين كمحفزات كهروكيميائية فعّالة لاختزال الأكسجين". ACS Nano . 8 (10): 10837–43 . Bibcode : 2014ACSNa...810837F . doi : 10.1021/nn504637y . PMID : 25251218 . 
  87. ↑ لو، ج.؛ إم، ج.-هـ.؛ ماير، م.ت.؛ شراير، م.؛ نذير الدين، م.ك.؛ بارك، ن.-ج.؛ تيلي، س.د.؛ فان، هـ.ج.؛ غراتزل، م. (2014). "تحليل الماء ضوئيًا بكفاءة 12.3% باستخدام الخلايا الكهروضوئية البيروفسكيتية والمحفزات المتوفرة بكثرة في الأرض" . مجلة ساينس . 345 (6204): 1593-1596 . Bibcode : 2014Sci...345.1593L . doi : 10.1126/science.1258307 . PMID: 25258076. S2CID : 24613846 .  
  88. ↑ شوارتز، مارك (22 أغسطس 2014). "علماء جامعة ستانفورد يطورون جهازًا لفصل الماء يعمل ببطارية AAA عادية" . News.stanford.edu. مؤرشف من الأصل في 16 أبريل 2016. تم الاطلاع عليه في 5 مايو 2016 .
  89. ↑ «علماء يطورون جهازًا لفصل الماء يعمل ببطارية AAA عادية» . Technology.org. 25 أغسطس 2014. مؤرشف من الأصل في 2 أبريل 2016. تم الاطلاع عليه في 5 مايو 2016 .
  90. ↑ كوندوري، علي رضا (2 مايو 2019). "تحديد المواقع النشطة التحفيزية لفوسفيد ثلاثي الموليبدينوم (Mo3P) لإنتاج الهيدروجين الكهروكيميائي" . مواد الطاقة المتقدمة . 9 (22) 1900516. AdvancedEnergyMaterials. Bibcode : 2019AdEnM...900516K . doi : 10.1002/aenm.201900516 . OSTI 1531000 . 
  91. ↑ شي، يانمي (25 يناير 2016). "التطورات الحديثة في المواد النانوية لفوسفيد المعادن الانتقالية: التركيب والتطبيقات في تفاعل إنتاج الهيدروجين". مجلة الجمعية الكيميائية . 45 (6). ChemicalSocietyReviews: 1529–1541 . doi : 10.1039/C5CS00434A . PMID 26806563 . 
  92. ↑ هايمان د. جيسر (2002). الكيمياء التطبيقية . سبرينغر. ص 16–. ISBN  978-0-306-46700-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 ديسمبر 2011 .
  93. ↑ بادوال، سوخفيندر ب.س.؛ جيدي، ساربجيت؛ مونينغز، كريستوفر (سبتمبر 2013). "إنتاج الهيدروجين عبر مسارات التحليل الكهربائي الصلب". مراجعات وايلي متعددة التخصصات: الطاقة والبيئة . 2 (5): 473-487 . Bibcode : 2013WIREE...2..473B . doi : 10.1002/wene.50 . S2CID 135539661 . 
  94. ↑ بادوال، سوخفيندر ب.س.؛ جيدي، ساربجيت س.؛ مونينغز، كريستوفر؛ بهات، أناند إ.؛ هولينكامب، أنتوني ف. (24 سبتمبر 2014). "تقنيات تحويل وتخزين الطاقة الكهروكيميائية الناشئة (متاحة للجميع)" . مجلة فرونتيرز إن كيمستري . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B . doi : 10.3389/fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID 25309898 .  

6. نمذجة ودمج استخدام ثاني أكسيد الكربون بمساعدة الهيدروجين الأخضر في تصنيع الهيدروكربونات