1. Ρόλος των Μεμβρανών
Μεμβράνεςσεηλεκτρολυτική παραγωγή υδρογόνουΟι συσκευές εκτελούν τρεις λειτουργίες: μεταδίδουν ιόντα (όπως υδροξείδιο ή ιόντα υδρογόνου) στον ηλεκτρολύτη, αποτρέπουν τη διασταύρωση ή διείσδυση υδρογόνου και οξυγόνου μεταξύ των ηλεκτροδίων και παρέχουν μόνωση για την αποτροπή μεταφοράς ηλεκτρονίων μεταξύ των ηλεκτροδίων (εμποδίζοντας έτσι την αγωγιμότητα).
Επί του παρόντος, υπάρχει σημαντική εστίαση στη μετάδοση ιόντων και στις ιδιότητες φραγμού αερίων, αλλά η μόνωση συχνά παραβλέπεται. Η αγωγιμότητα στις μεμβράνες οδηγεί σε υψηλή πυκνότητα ρεύματος και χαμηλή αντίσταση, με αποτέλεσμα εκρήξεις. Έτσι, οι αγώγιμες μεμβράνες αποτελούν μεγαλύτερο κίνδυνο από τη διασταύρωση αερίου.
2. Ανάπτυξη Μεμβρανών
Οι ιστορικές επιλογές σε υλικά μεμβράνης περιλαμβάνουν μεμβράνες αμιάντου και μεμβράνες θειούχου πολυφαινυλενίου.
3. Σχέση μεταξύ ατυχημάτων ηλεκτρολυτικών κυττάρων και μεμβρανών
Η αγωγιμότητα των μεμβρανών ως κύρια αιτία ατυχημάτων
Η ποιότητα των μεμβρανών στην εγχώρια αγορά ποικίλλει σημαντικά. Όσον αφορά την αγωγιμότητα, οι μεμβράνες παρουσιάζουν διαφορετικές αντιστάσεις, με τις μονωτικές μεμβράνες να αποτελούν το πρότυπο για την κατάταξη. Ορισμένοι κατασκευαστές μειώνουν την αντίσταση της μεμβράνης για να ενισχύσουν την αγωγιμότητα, η οποία προκαλεί άμεσα εκρήξεις ηλεκτρολυτικών στοιχείων. Η μεταφορά ηλεκτρονίων στις μεμβράνες μπορεί να εκδηλωθεί με διάφορους τρόπους:
Η χαμηλή αντίσταση μεμβράνης έχει ως αποτέλεσμα ελκυστικές λειτουργικές παραμέτρους και ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας (κάτω από 4,0, ακόμη και γύρω στο 3,7).
Παρά τα ελκυστικά δεδομένα, η παραγωγή υδρογόνου είναι σημαντικά κάτω από τις θεωρητικές τιμές, καθώς η περισσότερη ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα, καθιστώντας τη μεμβράνη συστατικό που παράγει θερμότητα. Η παραγωγή θερμότητας από τις μεμβράνες προκύπτει από δύο σημεία:
Κατά την παρασκευή μεμβρανών θειούχου πολυφαινυλενίου εισάγονται και άλλοι τύποι ινών που έχουν χαμηλές διηλεκτρικές σταθερές και ορισμένες δυνατότητες μεταφοράς ηλεκτρονίων.
Η τροποποίηση των μεμβρανών μπορεί να εισάγει ουσίες που διευκολύνουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων, όπως άτομα θείου σε σουλφίδιο πολυφαινυλενίου ή ακαθαρσίες όπως ιόντα μετάλλων ή επιφανειοδραστικές ουσίες.
ΛεπτόςΜεμβράνεςμε μεγάλους πόρους
Οι λεπτές μεμβράνες με μεγάλους πόρους είναι επιρρεπείς στην εναπόθεση και τη διείσδυση από αποκολλημένα υλικά ηλεκτροδίων, οδηγώντας σε αγωγιμότητα. Μερικοί κατασκευαστές παράγουνμεμβράνεςμε υπερβολικά μεγάλα κενά σε ίνες ή νήματα, με αποτέλεσμα ευρύτερη κατανομή πόρων (5-20 μικρά) και ανεπαρκές πάχος. Τα μεταλλικά σωματίδια (όπως το νικέλιο) στον ηλεκτρολύτη συσσωρεύονται και διεισδύουν στη μεμβράνη, με αποτέλεσμα να γίνει αγώγιμο. Για να αποφευχθεί η αγωγιμότητα από τα αποκολλημένα ηλεκτρόδια, οι μεμβράνες πρέπει να έχουν:
Επαρκές πάχος για την αποφυγή διείσδυσης μεταλλικών σωματιδίων.
Μικρά μεγέθη πόρων, ιδανικά κάτω από 8-10 μικρά, κατά προτίμηση με πολυστρωματική δομή.
Κακή αντίσταση σε θερμοκρασία, διάβρωση και μηχανικές βλάβες
Η αγορά προσφέρει μια ποικιλία μεμβρανών, αλλά για τη βελτίωση της απόδοσης κατασκευής, οι ίνες πολυφαινυλενοσουλφιδίου συχνά αναμιγνύονται με άλλες δομικές ίνες (με αποτέλεσμα υπερβολική απώλεια αλκαλίων και αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες). Η μείωση της αντίστασης της μεμβράνης και η συστροφή των ινών μπορεί επίσης να θέσει σε κίνδυνο τη μηχανική αντοχή. Οι ακατάλληλες μέθοδοι για την ενίσχυση της υδροφιλίας μπορεί να οδηγήσουν σε προβλήματα. Τα παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά της μεμβράνης περιλαμβάνουν:
Υψηλά ποσοστά συρρίκνωσης.
Αυξημένη απώλεια αλκαλίων.
Μειωμένη αεροστεγανότητα μετά από εξωτερικές δυνάμεις.
Το περιβάλλον λειτουργίας εντός των ηλεκτρολυτικών κυψελών μπορεί να είναι πιο καταστροφικό από τις εξωτερικές συνθήκες, απαιτώντας μεμβράνες που να είναι ανθεκτικές στην τάση, την κάμψη και τη συμπίεση, διατηρώντας παράλληλα την απόδοση κάτω από ορισμένα επίπεδα τάσης.
