Water Electrolyzer

อิเล็กโทรไลเซอร์ (Water Electrolyzers) เป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานทางเคมีไฟฟ้าที่ใช้พลังงานไฟฟ้าในการแยกน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจน ในบรรดาเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลเซอร์ประเภทต่าง ๆ อิเล็กโทรไลเซอร์ชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers: PEMWE) และชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนแอนไอออน (Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers: AEMWE) เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวโดยใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เพื่อสนับสนุนการนำเทคโนโลยีไฮโดรเจนไปใช้งานอย่างแพร่หลาย การพัฒนาประสิทธิภาพ ความทนทาน และการลดต้นทุนของอิเล็กโทรไลเซอร์จึงเป็นสิ่งสำคัญ

ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งในการบรรลุเป้าหมายดังกล่าวคือการออกแบบและปรับปรุงโครงสร้างขั้วไฟฟ้ารูพรุน (Porous Electrodes) และชั้นวัสดุสำหรับการขนส่งสาร (Transport Layers) ให้มีความเหมาะสม เนื่องจากเป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า การขนส่งน้ำ และการเกิดก๊าซ ปฏิสัมพันธ์อันซับซ้อนระหว่างจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า การขนส่งมวล การขนส่งประจุ และการไหลสองเฟส (Two-Phase Flow) ล้วนมีอิทธิพลอย่างมากต่อสมรรถนะของอิเล็กโทรไลเซอร์ โดยเฉพาะภายใต้สภาวะการทำงานที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง ดังนั้น การจัดการการจ่ายน้ำ การระบายฟองก๊าซ และการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ จึงมีความสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนและเสถียรภาพในการทำงานของระบบ

ห้องปฏิบัติการของเรามุ่งศึกษาปรากฏการณ์พื้นฐานทางเคมีไฟฟ้าและการขนส่งที่ควบคุมสมรรถนะของอิเล็กโทรไลเซอร์ ควบคู่ไปกับการออกแบบวัสดุขั้วไฟฟ้าขั้นสูงและโครงสร้างรูพรุน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของจลนพลศาสตร์ปฏิกิริยาและกระบวนการขนส่ง งานวิจัยของเราครอบคลุมตั้งแต่การผลิตและขึ้นรูปวัสดุ การออกแบบและปรับปรุงโครงสร้างขั้วไฟฟ้าให้เหมาะสมที่สุด การสร้างแบบจำลองทางเคมีไฟฟ้าและแบบจำลองหลายฟิสิกส์ (Multiphysics Modeling) ตลอดจนการทดสอบ ประเมิน และวิเคราะห์สมรรถนะของอุปกรณ์ โดยมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาระบบผลิตไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น มีความทนทานมากขึ้น และมีต้นทุนที่เหมาะสมยิ่งขึ้น

Water electrolyzers are electrochemical energy conversion devices that produce hydrogen through water splitting using electrical energy. Among the various technologies, proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWE) and anion exchange membrane water electrolyzers (AEMWE) are promising approaches for producing green hydrogen using renewable electricity. To support the widespread adoption of hydrogen technologies, further improvements in electrolyzer efficiency, durability, and cost are essential.

A key to achieving these goals lies in the design and optimization of porous electrodes and transport layers, where electrochemical reactions, water transport, and gas evolution take place. The complex interactions among electrochemical kinetics, mass transport, charge transport, and two-phase flow strongly influence electrolyzer performance, particularly under high-current-density operating conditions. Effective management of water supply, gas bubble removal, and heat transfer is therefore crucial for improving hydrogen production efficiency and operational stability.

Our laboratory focuses on understanding the fundamental electrochemical and transport phenomena governing water electrolyzer performance, as well as designing advanced electrode materials and porous structures to enhance reaction kinetics and transport processes. We conduct comprehensive research spanning material fabrication, electrode structural design and optimization, electrochemical and multiphysics modeling, and device performance evaluation and analysis, with the aim of developing more efficient, durable, and cost-effective hydrogen production systems.