1. Rola membran
MembranyWprodukcja wodoru elektrolitycznegourządzenia spełniają trzy funkcje: przenoszą jony (takie jak jony wodorotlenkowe lub wodorowe) w elektrolicie, zapobiegają przenikaniu lub przenikaniu wodoru i tlenu między elektrodami oraz zapewniają izolację, aby zapobiec przenoszeniu elektronów między elektrodami (w ten sposób zapobiegając przewodzeniu).
Obecnie duży nacisk kładzie się na transmisję jonów i właściwości bariery gazowej, ale często pomija się izolację. Przewodnictwo w membranach prowadzi do dużej gęstości prądu i niskiej rezystancji, co prowadzi do eksplozji; dlatego membrany przewodzące stwarzają większe zagrożenie niż przejście gazu.
2. Rozwój membran
Historyczne wybory materiałów membranowych obejmują membrany azbestowe i membrany z siarczku polifenylenu.
3. Związek między awariami ogniw elektrolitycznych a membranami
Przewodność membran jako główna przyczyna wypadków
Jakość membran na rynku krajowym jest bardzo zróżnicowana. Pod względem przewodności membrany wykazują różną rezystancję, przy czym standardem kwalifikacji są membrany izolacyjne. Niektórzy producenci obniżają rezystancję membrany, aby zwiększyć przewodność, co bezpośrednio powoduje eksplozję ogniw elektrolitycznych. Transfer elektronów w membranach może objawiać się na kilka sposobów:
Niski opór membrany skutkuje atrakcyjnymi parametrami użytkowymi i minimalnym zużyciem energii (poniżej 4,0, a nawet w okolicach 3,7).
Pomimo atrakcyjnych danych produkcja wodoru jest znacznie niższa od wartości teoretycznych, ponieważ większość energii zamienia się w ciepło, co sprawia, że membrana jest elementem wytwarzającym ciepło. Wytwarzanie ciepła przez membrany wynika z dwóch punktów:
Podczas wytwarzania membran z siarczku polifenylenu wprowadza się inne typy włókien, które mają niskie stałe dielektryczne i pewne zdolności przenoszenia elektronów.
Modyfikacja membran może spowodować wprowadzenie substancji ułatwiających przenoszenie elektronów, takich jak atomy siarki w siarczku polifenylenu lub zanieczyszczeń, takich jak jony metali lub środki powierzchniowo czynne.
CienkiMembranyz dużymi porami
Cienkie membrany o dużych porach są podatne na osadzanie się i penetrację odłączonych materiałów elektrod, co prowadzi do przewodnictwa. Niektórzy producenci produkująmembranyze zbyt dużymi przerwami we włóknach lub przędzach, co skutkuje szerszym rozkładem porów (5-20 mikronów) i niewystarczającą grubością. Cząsteczki metalu (takie jak nikiel) w elektrolicie gromadzą się na membranie i penetrują ją, ostatecznie powodując, że staje się ona przewodząca. Aby zapobiec przewodzeniu z odłączonych elektrod, membrany muszą mieć:
Odpowiednia grubość, aby zapobiec infiltracji cząstek metalu.
Małe rozmiary porów, najlepiej poniżej 8-10 mikronów, najlepiej o strukturze wielowarstwowej.
Słaba odporność na temperaturę, korozję i uszkodzenia mechaniczne
Na rynku dostępna jest szeroka gama membran, ale w celu zwiększenia wydajności produkcyjnej włókna siarczku polifenylenu często miesza się z innymi włóknami strukturalnymi (co powoduje nadmierną utratę alkaliów i odporność na niskie temperatury). Obniżenie oporu membrany i skręcenia włókien może również pogorszyć trwałość mechaniczną. Niewłaściwe metody zwiększania hydrofilowości mogą prowadzić do problemów. Obserwowalne cechy membrany obejmują:
Wysokie współczynniki skurczu.
Zwiększona utrata alkaliów.
Obniżenie gazoszczelności pod wpływem działania sił zewnętrznych.
Środowisko pracy w ogniwach elektrolitycznych może być bardziej destrukcyjne niż warunki zewnętrzne, co wymaga membran odpornych na rozciąganie, zginanie i ściskanie, a jednocześnie utrzymujących wydajność przy określonych poziomach naprężeń.
