Электролизердегі мембраналық материал қаншалықты маңызды

Қазіргі уақытта белгіліЭлектролизлер әр түрлі принциптерге ие, ал атауыЭлектролизер түрі мембраналық материалмен тығыз байланысты.

Тамембрана Материал - реакция механизмін, жұмыс тиімділігін, жұмыс тиімділігін, жұмыс тиімділігі, тұрақтылығы және қауіпсіздігі және электролизер жабдықтарындағы маңызды компоненттердің бірі болып табылады. Мембраналық материал ион / протон арналарын және газдарды оқшаулауда маңызды рөл атқарады. Бұл мақалада сілтілі (ALK) электролиздер жәнеПротонмен алмасу мембранасы(ПЭМ)ЭлектролизлерЖұмыс механизмін талдау, негізгі өнімділігі және мембраналық материалдарды жетілдіру бағыттары, мембраналық материалдарды жетілдіру және салалық анықтама үшін мембраналық материалдардың маңыздылығын талдайды.

1 сілтілі электролизер (алк)

- Жұмыс механизмі: гидроксил иондары (OH-) кеуекті мембраналар арқылы өтеді

Сілтілі электролиздердегі сутегі өндірісінің принципі катодта, су молекулалары сутегі иондары мен гидроксиді иондарға ыдырайды. Гидроксил иондары (OH-) Кірілген мембранадан асып кету, катод пен анод арасындағы электр өрісінің әсерінен анодқа жету және су молекулалары мен оттегі молекулаларын өндіру үшін электрондар жоғалту; Сутегі иондары катодта катодта қалады, электрондар алу, сутегі атомдарын шығарады және одан әрі сутегі молекулалары мен сутегі газын шығарады;

Сурет: сілтілі электролизер принципінің схемалық диаграммасы

Алғашқы күндері асбест диафрагма материалы ретінде қолданылды, бірақ сілтілі электролиттердегі асбестің ісінуі және анбесттердің адам ағзасына зиян келтіруі оны біртіндеп шығарды. Қазіргі уақытта өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын диафрагма - бұл полифенилен сульфидінің (PPS) негізіндегі жаңа композиттік диафрагма.

Диафрагмасысілтілі электролизерСілтілік электролизердегі ион өткізгіштік пен газдың оқшаулануында рөл атқарады. Оның қалыңдығы, гидрофильдылығы, кеуектілігі және тері тесігі электролиз нәтижелерімен тығыз байланысты (қарсылық, электр тығыздығы, сутегі өндірісінің қуат тұтынуы және т.б.), сонымен қатар сутегі тазалығына де әсер етеді.

- Материалдық қасиеттер: Ион өткізгіштік және ауа қаттылығы - бұл оның негізгі сипаттамалары, қарсылыққа, тазалыққа және қауіпсіздікке әсер етеді.

1) Иондық өткізгіштік электр тығыздығы мен кедергісіне әсер ететін гидрофильділікпен байланысты.

Диафрагманың функцияларының бірі - иондардың еркін жүруіне мүмкіндік беру. Реакция жүретін электролизердің тізбегінде гидроксид иондары ерітіндіде бар. Сондықтан, диафрагманың гидрофильдылығы / гидрофобы және ерітінді ион өткізгіштікке тікелей әсер етеді, яғни қарсылыққа тікелей әсер етеді.

Теорияда, гидрофильдылық, жақсы, өткізгіштікке жақсырақ, ішкі кедергіні соғұрлым жақсы, ал сутегі шығарылымының бірлігіне қуат тұтынуды төмендетеді; Сонымен бірге, гидрофильділік жақсырақ иондардың сутегі мен оттегінің оқшаулануын қамтамасыз етуі мүмкін. Қазіргі уақытта зерттеулердің көпшілігі диафрагманың гидрофилдігін қалай жақсартуға бағытталған.

2) Диафрагма - сутегі мен оттегіні омыртқас, ал ауа қаттылығы тазалыққа әсер етеді.

Диафрагманың тағы бір негізгі функциясы - электрокаталитикалық процесте шығарылған сутегі мен оттегін оқшаулау. Диафрагма катодты камераны анод камерасынан бөліп, электролизерден сутегі мен оттегінің бөлінуіне қол жеткізу үшін электролизерден ағып кетеді. Диафрагманың ауа қаттылығы мен тұрақтылығы арасындағы қысым айырмашылығының өзгеруіне байланысты, диафрагманың ауа қаттылығы мен тұрақтылығы розетканың тазалығына әсер етеді, сонымен қатар электролизердің қауіпсіз жұмысын қамтамасыз етудің кілті болып табылады.

--Физикалық жетілдіру: композициялық мембрана кеуектілік пен қалыңдығын реттеу арқылы диафрагманың тиісті өнімділігін жақсарта алады.

Мембраналық материалдық көрсеткіштерді жақсарту үшін, бір жағынан, әртүрлі мекемелердің зерттеулері материалдың жұмысын жақсартуды жалғастыруда; Екінші жағынан, функционалдық жабын PPS матасының бетіне «сэндвич» композициялық диафрагмасын қалыптастыру үшін тиісті өнімділікті жақсарту үшін қолданылады.

Композициялық диафрагма негізінен полимер мен цирконий оксидінің қоспасы біркелкі жабылған. Оның құрамы мен қатынасы, және жабынын таңдау диафрагманың жұмысына әсер етудің кілті болып табылады.

Олардың ішінде кеуектілік, тері тесігі және қалыңдығы - композициялық мембраналық процесті бағалаудың кейбір көрсеткіштері.

Сурет: PPS композициялық материалы

1) Тері тесігі мен кеуектің арасындағы тепе-теңдік тұрақтылық пен ауа өткізбейтіндігіне әсер етеді.

Тері тесігінің функциясы - бұл аниондар мен катиондарды электролизге беру үшін арнаны беру, электролиз процесінің ішкі кедергісін азайтады, сонымен қатар сутегі мен оттегін оқшаулайды. Егер тері тесігінің мөлшері тым үлкен болса, диафрагманың ауа өткізбейтіндігі әсер етеді, ал егер ол тым кішкентай болса, иондардың берілуі кедергі болады. Керемет адамға қатысты. Сондықтан, тері тесігін тиімді жобалау және басқару өте маңызды. Диафрагманың кеуекті және кеуектілігі бір уақытта жоғары ауа өткізбейтін және диафрагманың ішкі кедергісін қамтамасыз ету үшін оңтайлы мәнге жетуі керек. Сондықтан, тері тесігін оңтайландыру сонымен қатар диафрагма зерттеулерінің басты бағыты болып табылады.

Сурет: Әр түрлі композициялық материалдардың үтіктері

2) Диафрагманың қалыңдығы, сондай-ақ төмен ішкі кедергілер мен күшті қолдау арасындағы тепе-теңдікті қанағаттандыруы керек.

Композициялық диафрагмалар үшін қалыңдығы да маңызды параметр болып табылады. Қалыңдығы диафрагманың физикалық беріктігіне және электролиттік жасушаның ішкі кедергісіне әсер етеді. Қалыңдығы қалың, ал тіреуіші, бірақ электролиттік жасушаның ішкі кедергісі соғұрлым көп болады. Диафрагманың қалыңдығы қазіргі уақытта нарықта, әдетте, шамамен 500 мкм ~ 600 мкм құрайды.

2 Протонмен алмасу мембранасы Электролизер (PEM)

- Жұмыс механизмі: сутегі протондары өтедіПротонмен алмасу мембранасы

ТаПротонмен алмасу мембраналық электролизерөзі қатты полимерлі электролиз электролизерінен (SPE) айналды. Дюпонста тапқан перфлуоросульфиялық қышқылдың мембранасының ашылуы мен серпілісіне байланысты ол мембраналық материалдың есімімен аталған және Протонмен алмасудың мембраналық электролизері деп аталды. Бұл күнге дейін олардың көпшілігі Дупонның хош иісті қышқылы циклінің технологиясында әлі де жетілдірілген.

Сілтілік электролизлер принципінен айырмашылығы, PEM электролиздері диафрагмадан өту үшін гидроксид иондарын қолданбайды, бірақ протонмен алмасу мембранасынан өту үшін сутегі протондары (H +). Яғни, гидролиз реакциясы сутегі протондарын (H +), электрондар (e-) және оттегі өндіруге арналған оң электродта пайда болады. Протондар пим мембранасы арқылы өтеді және электрондармен бірге сутегі атомдарымен біріктіріліп, сутегі атомдары сутегі молекулаларын қалыптастыру үшін бір-бірімен біріктіріледі.

Сурет: PEM electrolyzer принципі (әдебиет бетінен) - Материалдық қасиеттері: Протонның өткізгіштігі және ауа өткізбейтіндігі - негізгі қасиеттер

1) ПИМ ПРОТОНДЫҢ САҚТАУ ҚАУІПСІЗДІГІНІҢ МАЗМҰНЫ СУ ҚАУІПСІЗДІГІ ЖӘНЕ Электр тығыздығына әсер етеді.

Протонмен биржалық мембрана - бұл цилглюоросульфиялық қышқылдан (PSA) ион полимерінен тұрады, ол цилуороэтиленнің (TFE) сополимері және әр түрлі хош иісті мономерлер. Протондарды иондық полимерлер, атап айтқанда сульфон қышқылының топтары жүргізеді. Сульфон қышқылының топтары гидрофильдік топтар болып табылады және олардың жанында гидрофильдік аймақтарды қалыптастыра алады. Протондар судың жеткілікті мөлшері бар жерлерде еркін қозғалады, бұл өте жоғары қарсылыққа және бүкіл электролизердің жоғары электр тығыздығына қол жеткізуді жеңілдетеді, сонымен қатар сутегі өндірісінің бірлігіне электр қуаты да төмен.

2) PEM қуаттың өзгеруіне тез жауап бере алады, сондықтан ауа өткізуге жоғары талаптарға ие.

Протонмен алмасудың мембранасының протондық өткізгіштік тиімділігі сілтілі электролизердің ионын өткізуге қарағанда жақсы, және кіріс қуатындағы өзгерістерге тез жауап бере алады. Қуат аз болған кезде оттегі мен сутегі газ өндіру де азаяды. Егер ауа тығыздығы жақсы болмаса, оттегі мен сутегідегі қоспалардың концентрациясы жоғарылайды, қауіп төндіреді.

--Физика және оны жетілдіру: Пем мембранасының қалыңдығын және катализатор мен газ дифузиясының қабатының үйлесімділігі оның тиімділік артықшылығын арттырады.

1) Қалыңдығы өткізгіштік пен тұрақтылық арасындағы тепе-теңдікті табуы керек.

Қазіргі уақытта Proton Exchange мембранасының қалыңдығы, әдетте, 100 ~ 175 мкм тұрады. Протонмен алмасу мембранасының қалыңдығы протонның өткізгіштігіне тікелей әсер етеді. Қалыңдығы жұқа, бұл мембрананың бойында протонның қарсылық танытады. Бірақ сонымен бірге, тым жұқа мембрананың ісікке қарсы күші нашар, механикалық тұрақтылық пен ауа қаттылығы нашар. Қазіргі уақытта PEM мембранасының қалыңдығы да негізгі зерттеу бағыты болып табылады.

2) Катализатор қабатының кеуекті құрылымы және газ дифументі қабатының тіреу құрылымы мембрананың жұмысына әсер етуі мүмкін. Катализатор құрған каталитикалық қабат - бұл Реакция PEM electrolyzer-дің мембраналық электродында пайда болатын нақты жер. Катализатор бөлшектерінің беті протонмен биржалық мембранамен тығыз байланыстырылуы керек, протондарды беру үшін. Каталитикалық қабаттың пушистый кеуекті құрылымы протон өткізгіштік тиімділігін арттыруы мүмкін. Газды диффузиялық қабат реакцияға тікелей қатыспағанымен, ол су, газ, жылу және т.б. арналар ұсынады және қорғаныс рөлін ойнатады. Оның каталитикалық қабатын және протон мембранасын зақымдалғаннан қорғаудың белгілі икемділігі болуы керек, сонымен бірге ол жұқа протон мембранасын және т.б. қолдау көрсету үшін белгілі бір қаттылыққа ие болуы керек.

Сурет: PEM electrolyzer мембраналық электрод аронының схемалық диаграммасы (әдебиет бетінен)

Қорытынды

Салыстырмалы жетілген сілтілі электролиз технологиясының перспективасынан немесе протонмен алмасудың мембраналық электролизі технологияларынан немесе «Иондар / протондар» және көптеген газдарды араластыра отырып, ең маңызды функциялар.

Мембрананың өнімділігін жақсарту үшін зерттеулер, әдетте, ион / протонның кедергілерін жақсарту, сонымен бірге ауа қаттылығы мен тұрақтылықты қамтамасыз ету кезінде қарсылықты азайту үшін жүзеге асырылады. Атап айтқанда, бір жағынан, материалдың сипаттамалары, оның ішінде гидрофильділік (су сіңіру), өткізгіштік, ауа қаттылығы, химиялық тұрақтылық және т.б.) зерттеу жүргізілетін болады; Екінші жағынан, біз өз жұмысымызды түзету немесе басқа материалдармен жұмыс істеу арқылы мембрананың қалыңдығы, кеуектілігі, механикалық қолдау және т.б. тұрмай таба береміз.