نظرة عامة على إنتاج الهيدروجين PEM بواسطة التحليل الكهربائي للماء II

نظرة عامة على إنتاج الهيدروجين PEM عن طريق التحليل الكهربائي للماء II

مكونات الكترولزر ستاك

المكونات المستخدمة في التحليل الكهربائي PEM تعتبر حاسمة بالنسبة للمكدس ذو الأداء الجيد والمتانة. وتشمل المكونات الرئيسية لوحات ثنائية القطب، ومجمعات التيار، وتجميعات الأقطاب الكهربائية الغشائية (MEAs). تتمثل مهمة الصفائح ثنائية القطب في توزيع الماء بالتساوي عبر المجمعات الحالية (أو وسائط الانتشار) داخل الخلية. تمثل خصائص الصفائح ثنائية القطب تحديًا لأي فئة من المواد بسبب وجود الأكسجين والبيئة الحمضية والجهد الزائد العالي. يعد تصميم واختيار المواد للألواح ثنائية القطب في PEMWE من القضايا الحاسمة للعلماء والمهندسين.

الوظائف الرئيسية للصفائح ثنائية القطب في PEMWE هي كما يلي:
1. قم بتوصيل الإلكترونات لإكمال الدائرة وتوصيل الخلايا الفردية على التوالي لتكوين حزمة بطارية
2. توفير مسار تدفق لتوزيع المياه بالتساوي على المجمع الحالي (أو وسط الانتشار)
3. فصل الأكسجين والهيدروجين
4. توفير هيكل لدعم الأقطاب الكهربائية الغشائية للبطارية
5. توفير التوصيل الحراري لإدارة درجة حرارة المحلل الكهربائي

ومن أجل أداء هذه الوظائف المهمة، يجب أن تتمتع مادة اللوحة ثنائية القطب بخصائص خاصة، مثل الموصلية الكهربائية والحرارية العالية، ونفاذية الغاز المنخفضة، والقوة الميكانيكية العالية، ومقاومة التآكل.

حاليًا، يتم استخدام مجموعة متنوعة من المواد في الألواح ثنائية القطب، بما في ذلك التيتانيوم والجرافيت والفولاذ المقاوم للصدأ المطلي. ومع ذلك، لا يضمن الجرافيت الأداء العالي في PEMWE نظرًا لمعدل التآكل المرتفع والقوة الميكانيكية المنخفضة. يتمتع التيتانيوم بخصائص ممتازة ولكنه يشكل طبقة أكسيد سلبية تقلل من مقاومة التلامس والتوصيل الحراري. يمكن أن تؤدي هذه الظاهرة إلى انخفاض أداء المكدس بمرور الوقت. كما تمت دراسة صفائح التيتانيوم ثنائية القطب المطلية بالذهب، وكانت النتائج جيدة من حيث الثبات. ومع ذلك، فإن هذه العملية تزيد من تكلفة المكونات. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ المطلي بديلاً أرخص للتيتانيوم، لكن العيوب الصغيرة في الطلاء تعرض المعدن للتآكل. يؤدي تآكل المعدن إلى تدمير الطلاء، مما يزيد من المقاومة الأومية. بالإضافة إلى ذلك، تنتشر أيونات المعادن الذائبة في غشاء PEM وتقلل من التوصيل الأيوني، مما يؤدي إلى زيادة تدهور الغشاء.

تعد الصفائح ثنائية القطب وطبقات الانتشار من المكونات الأكثر تكلفة في PEMWE. طبقة الانتشار لها وظيفة نقل الإلكترونات من الطبقة الحفزية إلى الصفائح ثنائية القطب وإزالة الغازات (الهيدروجين والأكسجين) من الطبقة الحفزية. لذلك تعد المسامية والموصلية من المعالم المهمة لطبقة الانتشار. يعد حجم المسام وبنيتها من العوامل الحاسمة لأنه يجب تنفيس الغازات من الخلية والحفاظ على الماء بالقرب من الطبقة الحفزية. يمكن لبنية المسام غير المناسبة أن تزيد من جهد الخلية بما يصل إلى 100 مللي فولت عند 2 أمبير سم−2.