1. دور الأغشية
الأغشيةفيإنتاج الهيدروجين كهربائياتخدم الأجهزة ثلاث وظائف: فهي تنقل الأيونات (مثل أيونات الهيدروكسيد أو الهيدروجين) في المنحل بالكهرباء، وتمنع تقاطع أو اختراق الهيدروجين والأكسجين بين الأقطاب الكهربائية، وتوفر عزلًا لمنع انتقال الإلكترون بين الأقطاب الكهربائية (وبالتالي تمنع التوصيل).
حاليًا، هناك تركيز كبير على انتقال الأيونات وخصائص حاجز الغاز، ولكن غالبًا ما يتم التغاضي عن العزل. الموصلية في الأغشية تؤدي إلى كثافة تيار عالية ومقاومة منخفضة، مما يؤدي إلى حدوث انفجارات؛ وبالتالي، تشكل الأغشية الموصلة خطرًا أكبر من عبور الغاز.
2. تطوير الأغشية
تشمل الاختيارات التاريخية للمواد الغشائية أغشية الأسبستوس وأغشية كبريتيد البوليفينيلين.
3. العلاقة بين حوادث الخلايا التحليلية والأغشية
موصلية الأغشية كسبب رئيسي للحوادث
تختلف جودة الأغشية في السوق المحلية بشكل كبير. من حيث الموصلية، تظهر الأغشية مقاومات مختلفة، مع كون الأغشية العازلة هي المعيار للتأهيل. تقوم بعض الشركات المصنعة بتقليل مقاومة الغشاء لتعزيز التوصيلية، مما يؤدي بشكل مباشر إلى انفجارات الخلايا الإلكتروليتية. يمكن أن يظهر نقل الإلكترون في الأغشية بعدة طرق:
تؤدي المقاومة المنخفضة للأغشية إلى معايير تشغيلية جذابة والحد الأدنى من استهلاك الطاقة (أقل من 4.0، وحتى حوالي 3.7).
وعلى الرغم من البيانات الجذابة، فإن إنتاج الهيدروجين أقل بكثير من القيم النظرية، حيث تتحول معظم الطاقة إلى حرارة، مما يجعل الغشاء مكونًا لتوليد الحرارة. ينشأ توليد الحرارة من الأغشية من نقطتين:
أثناء تحضير أغشية كبريتيد البولي فينيلين، يتم إدخال أنواع أخرى من الألياف التي لها ثوابت عازلة منخفضة وقدرات معينة على نقل الإلكترون.
قد يؤدي تعديل الأغشية إلى إدخال مواد تسهل نقل الإلكترون، مثل ذرات الكبريت في كبريتيد البولي فينيلين، أو الشوائب مثل أيونات المعادن أو المواد الخافضة للتوتر السطحي.
رفيعالأغشيةمع المسام الكبيرة
تكون الأغشية الرقيقة ذات المسام الكبيرة عرضة للترسيب والاختراق من مواد القطب المنفصل، مما يؤدي إلى التوصيل. تنتج بعض الشركات المصنعةالأغشيةمع وجود فجوات كبيرة جدًا في الألياف أو الخيوط، مما يؤدي إلى توزيع المسام على نطاق أوسع (5-20 ميكرون) وعدم كفاية السمك. تتراكم الجزيئات المعدنية (مثل النيكل) الموجودة في الإلكتروليت على الغشاء وتخترقه، مما يؤدي في النهاية إلى أن يصبح موصلًا. لمنع التوصيل من الأقطاب الكهربائية المنفصلة، يجب أن تحتوي الأغشية على:
سمك مناسب لمنع تسرب الجسيمات المعدنية.
أحجام المسام الصغيرة، من الناحية المثالية أقل من 8-10 ميكرون، ويفضل أن تكون ذات بنية متعددة الطبقات.
ضعف المقاومة لدرجة الحرارة والتآكل والأضرار الميكانيكية
يقدم السوق مجموعة متنوعة من الأغشية، ولكن لتعزيز أداء التصنيع، غالبًا ما يتم خلط ألياف كبريتيد البوليفينيل مع ألياف هيكلية أخرى (مما يؤدي إلى فقدان مفرط للقلويات ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة). يمكن أيضًا أن يؤدي تقليل مقاومة الغشاء وتطور الألياف إلى الإضرار بالمتانة الميكانيكية. يمكن أن تؤدي الأساليب غير السليمة لتعزيز المحبة للماء إلى حدوث مشكلات. تشمل خصائص الغشاء التي يمكن ملاحظتها ما يلي:
معدلات انكماش عالية.
ارتفاع فقدان القلويات.
انخفاض ضيق الغاز بعد القوى الخارجية.
يمكن أن تكون بيئة التشغيل داخل الخلايا الإلكتروليتية أكثر تدميراً من الظروف الخارجية، مما يستلزم أغشية مقاومة للتوتر والانحناء والضغط، مع الحفاظ على الأداء تحت مستويات ضغط معينة.
