التحليل الكهربائي لغشاء التبادل البروتوني(التحليل الكهربائي لـ ) يستخدمغشاء تبادل البروتونكالإلكتروليت، حيث تحدث التفاعلات الكيميائية التالية عند الأنود والكاثود:
الأنود:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
الكاثود:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
التحليل الكهربائي لـ هو طريقة فعالةالتحليل الكهربائي للماءتقنية تستخدم في المقام الأول لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يتكون جهاز التحليل الكهربائي من محلل كهربائي وأنظمة مساعدة، مع المكونات الأساسية للمحلل الكهربائي بما في ذلك قطب الغشاء وطبقة انتشار الغاز والألواح ثنائية القطب. قطب الغشاء هو أحد المكونات الرئيسية لجهاز التحليل الكهربائي.غشاء تبادل البروتونجهاز التحليل الكهربائي. غشاء تبادل البروتون (بيم) مطلية بطبقات محفزة على كلا الجانبين، لتكوين قطب الغشاء. محفز الكاثود هو عادةً محفز قائم على البلاتين، مشابه لذلك المستخدم فيخلايا الوقود، مما يعزز بشكل فعالتوليد الهيدروجينإن متطلبات محفز الأنود أكثر صرامة بسبب البيئة المؤكسدة بقوة على جانب الأنود؛ حيث يتطلب تفاعل تطور الأكسجين استخدام مواد محفزة مقاومة للأكسدة والتآكل. حاليًا، يعد الإيريديوم () والروثينيوم () وأكاسيدهما (مثل وRuO2) أكثر محفزات الأنود استخدامًا، حيث تتميز هذه المواد بثبات ممتاز وأداء تحفيزي، مما يحافظ على كفاءة التحليل الكهربائي الجيدة عند كثافات تيار عالية.
الغشاء تبادل البروتون ()يلعب دورا حاسما فيالتحليل الكهربائي لـ الأجهزة. تشمل مواد المستخدمة بشكل شائع سلسلة ، مثل 115 وNafion 117، والتي تتمتع بموصلية بروتونية عالية واستقرار كيميائي، مما يعزل الغازات ويوصل البروتونات بشكل فعال. نظرًا لرقة غشاء تبادل البروتون، فإن مقاومته منخفضة، مما يسمح لجهاز التحليل الكهربائي بتحمل التيارات والضغوط العالية دون التحكم الصارم في الضغط على جانبي الغشاء. علاوة على ذلك، يمكن لأجهزة التحليل الكهربائي أن تبدأ وتتوقف بسرعة، وتستجيب بسرعة لتعديلات الطاقة، مما يجعلها مناسبة للمدخلات المتقلبة من مصادر الطاقة المتجددة.
طبقة انتشار الغاز () هي مكون مهم آخر لأجهزة التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل البروتوني. تتكون طبقة انتشار الغاز () عادة من مواد مسامية تعتمد على التيتانيوم ومطلية بمعادن ثمينة، والتي لا توفر فقط موصلية جيدة وقوة ميكانيكية ولكنها توفر أيضًا مسار انتشار غاز موحد، وبالتالي تعزيز كفاءة التحليل الكهربائي وإنتاج الغاز.
التحليل الكهربائي لـ تتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا. أولاً، تسمح الموصلية العالية للبروتونات والمقاومة المنخفضة لغشاء تبادل البروتون لأجهزة التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل البروتوني بالعمل عند كثافات تيار عالية، مما يزيد من إنتاج الهيدروجين. ثانيًا، يتيح الهيكل المدمج لأجهزة التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل البروتوني كثافة طاقة عالية، مما يسمح بإنتاج هيدروجين كبير في مساحة محدودة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأجهزة التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل البروتوني أن تبدأ وتتوقف بسرعة، وتتكيف مع تقلبات توليد الطاقة المتجددة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للتكامل مع طاقة الرياح والطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين الأخضر.
لكن،التحليل الكهربائي لـ وتواجه التكنولوجيا أيضًا بعض التحديات. الأول هو تكلفة المحفزات، وخاصة المعادن الثمينة باهظة الثمن مثل الإيريديوم والروثينيوم المطلوبة لمحفز الأنود، مما يحد من التطبيقات واسعة النطاق. وعلاوة على ذلك، فإن المتانة والاستقرار الكيميائي للمحفزات أمر بالغ الأهمية.غشاء تبادل البروتونوتحتاج طبقة انتشار الغاز إلى مزيد من البحث والتحسين. ومع التقدم المستمر في علم المواد وتكنولوجيا التصنيع، يُعتقد أن هذه القضايا سيتم معالجتها تدريجيًا في المستقبل.
ختاماً،التحليل الكهربائي لـ تُظهر هذه التقنية إمكانات كبيرة في إنتاج الهيدروجين، وخاصةً بالتزامن مع توليد الطاقة المتجددة، مما يوفر مزايا مميزة. ومن خلال التحسينات والتحسينات التكنولوجية المستمرة، من المتوقع أن يصبح التحليل الكهربائي باستخدام غشاء التبادل البروتوني أحد الطرق التكنولوجية الرئيسية لإنتاج الهيدروجين الأخضر في المستقبل، مما يساهم بشكل مهم في تعزيز وتطبيق الطاقة النظيفة.
