Zein garrantzi garrantzitsua da materialaren materialak elektrolizalean

Gaur egun ezagutzen denaElektrolizatzaileak printzipio desberdinak izan, eta izendapenakElektrolizpert Mota oso lotuta dago mintz materialarekin.

-Amintz Materiala funtsezko materiala da, erreakzio-mekanismoa, lan-eraginkortasuna, elektrolizatzailearen egonkortasuna, egonkortasuna eta segurtasuna zehazten dituena, eta elektrolizzerako ekipamenduetako osagai garrantzitsuenetako bat ere bada. Mintz materialak paper garrantzitsua du ioi / protoi kanalak eta gas isolatzaileak eskaintzeko. Artikulu honek alkalina (alk) elektrolizatzaileak hartzen ditu etaProton Exchange MiNlbrane(PEM)ElektrolizatzaileakMembrane materialen lan mekanismoa, errendimendu nagusia eta hobekuntza norabidea aztertzeko adibide gisa, eta industria-erreferentziarako mintz materialak duen garrantzia aztertzen du.

1 alkalino elektrolizatzailea (alk)

- Lan mekanismoa: hidroxilo ioiak (oh-) Mintz porotsuetatik pasatu

Elektrolizatzaile alkalinoetan hidrogeno ekoizpenaren printzipioa da katodoan, ur molekulak hidrogeno ioiak eta hidroxido ioiak deskonposatzen direla. Hidroxil ioiak (oh-) Mintz porotsutik pasatu anodora, katodoaren eta anodoaren arteko eremu elektrikoaren ekintzaren azpian, eta elektroiak galdu ur molekulak eta oxigeno molekulak sortzeko; Hidrogeno ioiak katoduetan gelditzen dira elektroiak irabazteko, hidrogeno atomoak sortzeko eta hidrogeno molekulak eta hidrogeno gasak sortzen dituzte;

Irudia: Elektrolizatzaile alkalinoaren printzipioaren diagrama eskematikoa

Hasierako egunetan, amiantoa diafragma material gisa erabili zen, baina alkalino elektrolitoetan amiantoaren hanturak eta agurraren kalteak gizakiaren gorputzera pixkanaka ezabatuko ziren. Gaur egun, industrian oso erabilitako diafragma diafragma konposatu berria da, polifenilenoaren sulfuro (pps) oihaletan oinarrituta.

DiafragmaElektrolizatzaile alkalinaIon-en eroalea eta gas isolamendua ditu alkalinoko elektrolizazioan. Bere lodiera, hidrofilikotasuna, poro tamaina oso lotuta daude elektrolisi-errendimenduarekin (erresistentzia, dentsitate elektrikoa, dentsitate elektrikoa, hidrogeno ekoizpenaren energia kontsumoa, etab.) Gainera, hidrogenoaren garbitasunean eragin handia dute.

- Propietateak: Ion eroankortasuna eta airearen estutasuna funtsezko ezaugarriak dira, erresistentzia, garbitasuna eta segurtasuna eragiten dituztenak.

1) Eroantze ionikoa hidrofilikotasunarekin lotuta dago, dentsitate elektrikoari eta erresistentzian.

Diafragmaren funtzioetako bat ioien mugimendu librea ahalbidetzea da. Erreakzioa gertatzen den elektrolizatzailearen zirkuituan, hidroxido ioiak daude konponbidean. Hori dela eta, diafragmaren hidrofilikotasuna / hidrofobismoa eta konponbideak zuzenean eragingo du ion eroankortasunean, hau da, erresistentzia.

Teorian, zenbat eta hidrofilikotasuna hobe, orduan eta eroankortasuna hobeagoa izan da, zenbat eta barneko erresistentzia txikiagoa da eta zenbat eta txikiagoa izan unitatearen kontsumoa unitate bakoitzeko hidrogeno irteera; Aldi berean, hidrofilikotasun hobeak ere ziurtatu dezake ioiak pasatzea hidrogenoa eta oxigenoa isolatzen duten bitartean. Gaur egun, ikerketa gehienak ere diafragmaren hidrofilikotasuna nola hobetu behar den bideratuta dago.

2) Diafragmak hidrogenoa eta oxigenoa isolatzen ditu eta airearen estuak garbitasunari eragiten dio.

Diafragmaren beste funtsezko funtzio bat prozesu elektrogenoetan sortutako hidrogenoa eta oxigenoa isolatzea da. Diafragmak kanodo ganbera andearen ganberatik bereizten du eta elektrolizportutik isurtzen dira dagozkien fluxu kanaletatik hidrogenoa eta oxigenoa bereiztea lortzeko. Katodoaren eta anodoaren arteko presioen aldien ondorioz, diafragmaren airearen estutasun eta egonkortasunaren ondorioz, irteeraren garbitasunean eragina izango du eta elektrollolizatzailearen funtzionamendu segurua bermatzeko gakoa da.

- Hobekuntza fisikoa: mintz konposatuak diafragmaren errendimendu garrantzitsua hobetu dezake porositatea eta lodiera egokituz.

Mintz materialaren errendimendua hobetzeko, alde batetik, hainbat erakundek materialaren errendimendua hobetzen jarraitzen dute; Bestalde, estaldura funtzionala PPS ehunaren gainazalean aplikatzen da dagokion errendimendua hobetzeko, diafragma konposatu konposatua osatzeko.

Diafragma konposatua batez ere polimero eta zirkonio oxido nahasketa batekin estalita dago, bere gainazalean. Bere konposizioa eta erlazioa, eta estaldura-prozesuaren aukera da diafragmaren errendimenduari eragiten dion gakoa.

Horien artean, porosak, poro tamaina eta lodiera dira mintz konposatuaren prozesua ebaluatzeko adierazle batzuk.

Irudia: PPS material konposatua

1) poro tamainaren eta porositatearen arteko orekak erresistentzia eta estropezuari eragiten dio.

Poroaren funtzioa elektrolitoan anioak eta katioak transmititzeko kanal bat eskaintzea da, elektrolisi prozesuaren barne-erresistentzia murriztea, baina hidrogenoa eta oxigenoa isolatu ere. Porearen tamaina handiegia bada, diafragmaren hermetikotasunak kaltetuta egongo dira, eta txikiegia bada, ioien transmisioa oztopatuko da. Gauza bera gertatzen da porositaterako. Beraz, poroen diseinu eta kontrol eraginkorra oso garrantzitsuak dira. Diafragmaren poro tamainak eta porositateak balio optimoa lortu behar dute aldi berean diafragmaren barneko erresistentzia handia bermatzeko. Hori dela eta, poro egituraren optimizazioa diafragma ikerketaren ardatza da.

Irudia: Material konposatu desberdinetako poroak

2) Diafragmaren beraren lodiera ere barne erresistentzia baxuaren eta laguntza sendoaren arteko oreka ere bete behar da.

Diafragma konposatuetarako, lodiera ere parametro garrantzitsua da. Lodierak diafragmaren indar fisikoari eta zelula elektrolitikoaren barne-erresistentziari eragiten dio. Zenbat eta lodiera lodiagoak, orduan eta handiagoa da laguntza, baina gero eta handiagoa da zelula elektrolitikoaren barne-erresistentzia. Gaur egun merkatuan dagoen diafragmaren lodiera 500 μm inguru da 600μm ingurukoa.

2 Proton Exchange MiNlbrane Elektrolizatzailea (PEM)

- Lan mekanismoa: hidrogeno protoak pasatzen diraProton Exchange MiNlbrane

-AProtoi trukeko mintza elektrolizatzaileaberak polimero elektrolito elektroliko solidotik (SPE) eboluzionatu zuen. Dupont-ek aurkitutako azido perfluorosulfonikoaren aurkikuntzaren eta aurrerapausoaren ondorioz, mintz materialaren ondoren izendatu zuten eta protoi trukeko mintza elektrolizatzailea deitu zuen. Gaur egun arte, gehienak oraindik erabiltzen dira eta hobetu egiten dira Dupont-en azido perfluorosulfonikoko mintza teknologian.

Elektrolizatzaile alkalinoen printzipioa ez bezala, PEM elektrolizatzaileek ez dute hidroxido ioiak erabiltzen diafragmatik igarotzeko, baina hidrogeno protoak (H +) protoi trukeko mintzatik pasatzeko. Hau da, hidrolisi erreakzioa elektrodo positiboan gertatzen da hidrogeno protoak (H +), elektroiak (e-) eta oxigenoa sortzeko. Protoak Pem mintzatik igarotzen dira eta elektroiekin konbinatzen dira hidrogeno atomo bihurtzeko, eta hidrogeno atomoak elkarren artean konbinatzen dira hidrogeno molekulak eratzeko.

Irudia: PEM elektrolizatzailearen printzipioa (literaturaren irudia) - Ezaugarri materialak: Protoiaren eroankortasuna eta estropadak funtsezkoak dira

1) PEMen protoi-eroankortasuna uretako edukiarekin lotuta dago, erresistentzia eta dentsitate elektrikoari eragiten diona.

Protoi trukeko mintza azido perfluorosulfonikoaz (PSA) ioi polimeroz osatuta dago, funtsean tetrafluoroetilenoaren (tfe) eta azido perfluorosulfonikoko monomeroen kopolimero bat da. Protoak ioi polimeroek, hots, azido sulfonikoko taldeek egiten dituzte. Azido sulfonikoko taldeak talde hidrofilikoak dira eta haien ondoan dauden eremu hidrofilikoak eratu ditzakete. Protoi askoz ere deskargatzen dira ur-eduki nahikoa duten guneetan, errazagoa izan dadin, erresistentzia baxua lortzea eta elektrizitatearentzako dentsitate elektriko altua lortzea eta hidrogeno ekoizpen unitate bakoitzeko energia kontsumoa ere txikiagoa da.

2) PEMek azkar erantzun dezake potentzia aldaketei, beraz, eskakizun altuak ditu.

Proton Trukearen Mintzaren Protoiaren Elikadura Eraginkorra elektrolizatzaile alkalikoko ioiaren eroankortasunaren eraginkortasuna baino hobea da eta sarrerako potentziaren aldaketen aldaketen aurrean erantzun dezake. Boterea baxua denean, oxigenoaren eta hidrogenoaren gasaren produkzioa ere gutxituko da. Airearen estutasuna ona ez bada, oxigeno eta hidrogenoen ezpurutasunen kontzentrazioa areagotu egingo da, arriskua sortuz.

--Fisika eta haren hobekuntza: PEM mintzaren lodiera eta katalizatzailearen eta gasaren difusio geruzaren konbinazioak bere errendimendua areagotuko du.

1) Lodiera eroankortasunaren eta egonkortasunaren arteko oreka aurkitu behar da.

Gaur egun, protoi-trukearen mintzaren lodiera 100 ~ 175μm artean dago. Protoi-trukeko mintzaren lodierak zuzenean eragiten du protoi-eroankortasunari. Lodiera meheagoa, orduan eta txikiagoa da protoiaren erresistentzia mintzaren zehar. Baina, aldi berean, mintz meheegiak hantura anti-indar eskasa du, egonkortasun mekanikoa eta airearen estutasuna. Gaur egun, PEM mintzaren lodiera ere funtsezko ikerketa norabidea da.

2) Katalizatzailearen geruzaren egitura porotsua eta gasaren difusio geruzaren euskarriaren egituran mintzaren funtzioan eragina izan dezake. Katalizatzaileak eratutako geruza katalitikoa erreakzioa PEM elektrolizatzailearen mintz-elektrodoan gertatzen den lekua da. Katalunien partikulen azalera protoi truke mintzarekin estuki lotuta egon behar da protoak transferitzeko. Geruza katalitikoaren egitura porotsu mamitsuak protoiaren eroankortasuna areagotu dezake. Gasaren difusio geruzak erreakzioan zuzenean parte hartzen ez duen arren, ura, gasa, beroa eta abar kanalak eskaintzen ditu eta babes-eginkizuna du. Zenbait malgutasuna izan behar du geruza katalitikoa eta protoi-mintza kaltetuta babesteko, eta, aldi berean, protoi meheagoa eta abar babesteko nolabaiteko zurruntasuna izan behar du.

Irudia: PEM elektrolizatzailearen mintz elektrodoen arkitekturaren diagrama eskematikoa (literaturaren irudia)

Bukaera

Etengabeko alkaleroen teknologia alkalinoaren ikuspegitik edo protoi-trukeko mintz elektrolyzer teknologiak etengabe egiten ari direnak, mintz materialak oso paper garrantzitsua betetzen du eta funtzio garrantzitsuenak ioiak / protoak eta gasak isolatzea da.

Mintzaren errendimendua hobetzeko, ikerketa orokorrean ioi / protoiaren eroankortasuna hobetzeko egiten da, erresistentzia murrizteko, airearen estutasuna eta egonkortasuna bermatuz. Zehazki, batez ere, materialaren ezaugarrien inguruan ikerketa egingo da, hidrofilikotasuna (uraren xurgapena), eroankortasuna, airearen estutasuna, egonkortasun kimikoa, etab.; Bestalde, oreka aurkitzen jarraituko dugu mintz-lodiera, porositatea, laguntza mekanikoa eta abar, gure errendimendua egokituz edo beste material batzuekin lankidetzan.