اختيار غشاء التبادل الأيوني للتحليل الكهربائي للمياه

1、فهم غشاء التبادل الأيوني ، غشاء التبادل الأيوني (IEM) هو حاجز رفيع يسمح بالتمرير بشكل انتقائي من قطب كهربائي من جهاز كهروكيميائي إلى آخر ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر خلايا التحليل الكهربائي للماء وخلايا الوقود. يتكون غشاء التبادل الأيوني من مصفوفة بوليمر ثلاثية الأبعاد تعمل بمجموعات مشحونة (أو تبادل أيون). تقوم مجموعات الشحن الثابتة هذه بصد تمامًا أو جزئيًا للأيونات المشحونة (ISOIONS) من الغشاء وتسمح للأيونات ذات الشحنات المختلفة (مضادات) بالمرور عبر الغشاء. في الخلايا الكهروضوئية وخلايا الوقود ، يعتبر النقل الأيوني الفعال مهمًا لتحقيق الأداء العالي ، مما يقلل من الأهمية ، وضمان الفعالية الكلية للعمليات الكهروكيميائية ذات الصلة.

2、اعتبارات رئيسية عند اختيار IEM المناسب

وفقًا لنوع مجموعة الشحن الثابتة في العمود الفقري للبوليمر ، يمكن تقسيم IEM إلى نوعين: غشاء التبادل الكاتيوني (CEM) وأنيون (AEM). تحتوي أغشية تبادل الكاتيون على أيونات ثابتة سلبًا تسمح للكاتيونات بالتحرك على الغشاء. على العكس ، يحمل AEM مجموعات مشحونة بشكل إيجابي تسمح بشكل انتقائي بنقل الأنيونات. بالإضافة إلى هذين التصنيفين الأساسيين ، يمكن أن يكون IEM أيضًا غشاء تبادل البروتون (PEM)، غشاء ثنائي القطب ، غشاء أمامي ، وغشاء مصفوفة مختلط. في الخلايا الكهربائية المائية وخلايا الوقود ، هما PEM و AEM هي الأكثر فائدة. PEM هي CEM خاصة يمكنها نقل البروتونات (أيونات H +).

1. عند اختيار غشاء التبادل الأيوني ، فإن الاعتبار الأول هو نوع خلية الوقود وخزان الكهرباء المائي. يشمل تشغيل خلايا الوقود والخلايا الكهربائية المائية نقل الأيونات ؛ يحدد نوع الأيونات التي يتم نقلها النوع المناسب من غشاء التبادل الأيوني المراد استخدامه. هناك حاجة إلى خلية كهربائية من غشاء البوليمر بالكهرباء (PEMWE) وخلية الوقود (PEMFC) التي تعمل في ظل ظروف حمضية لنقل أيونات H +. وبالتالي ، يستخدم كل من PEMFC و Pemwe PEM. في المقابل ، تعمل خلايا وقود غشاء الأنيون (AEMFC) وخلية إلكتروليتية لتبادل الأنيون (AEMWE) في البيئات القلوية. استخدم كل من AEMFC و Aemwe AEM.

بمجرد تحديد نوع IEM المناسب لخلايا الوقود والخلايا الكهربائية للماء ، فقد حان الوقت للتعمق في الخصائص المحددة التي تنتج الكفاءة المستهدفة والأداء.

2、أداء IEM والتوازن بينهما

بشكل عام ، يتم تحديد خصائص IEM من خلال خصائص العمود الفقري للبوليمر والشحنة الثابتة التي تشكل هيكلها. على وجه الخصوص ، يمكن أن تؤثر الكثافة ، قابلية التبلل (مسعور أو مسعور) ومورفولوجيا مصفوفة البوليمر ، وكذلك نوع وتركيز المجموعات الوظيفية المشحونة ، على أداء IEM. تتأثر الخصائص الميكانيكية والكيميائية والحرارية لـ IEM بشكل أساسي بالعمود الفقري للبوليمر ، في حين يتم تحديد الخواص الكهروكيميائية والتوصيل والانحدار من خلال تركيز الشحنة الثابتة. انقر هنا لمعرفة المزيد حول ميزات IEM الرئيسية.

يجب أن يكون لـ IEM عالي الأداء موصلية أيونية عالية ، وسعة التبادل الأيوني العالية ، والاستقرار شبه الموحد ، والاستقرار الأبعاد والكيميائية والميكانيكية والحرارية الممتازة. ومع ذلك ، ليس من السهل تلبية كل هذه المتطلبات. لا يمكننا فعل كل شيء ، وفي معظم الحالات ، يتعين علينا إيجاد التوازن المثالي بين هذه الميزات.

3. ظروف العمل

عند العثور على IEM مناسب لتطبيقك ، يجب عليك أيضًا التفكير في ظروف العمل ، بما في ذلك مستويات درجة الحرارة والضغط والرطوبة. يمكن أن تؤثر ظروف العمل ليس فقط على أداء IEM ، ولكن أيضًا استقراره. لدى بعض IEM أفضل أداء في درجات حرارة عالية ، بينما تم تصميم البعض الآخر لتطبيقات درجة الحرارة المنخفضة. تأكد من أن IEM المحدد يدعم بيئة استخدام الجهاز.

4 ، تكلفة مواد الغشاء

لنفترض أننا وجدنا غشاءًا محسّنًا تمامًا مع كل من الأداء الجيد والاستقرار. عامل آخر يجب مراعاته هو التكلفة. عادة ، تتطلب المتطلبات العالية للأداء والاستقرار تكاليف مواد عالية. لذلك ، فإن موازنة متطلبات الأداء وقيود الميزانية أمر بالغ الأهمية لأن تكلفة IEM تؤثر على التكلفة الإجمالية لخلايا الوقود وأنظمة المياه.

يعد اختيار غشاء التبادل الأيوني الصحيح هو النقطة الرئيسية في تصميم خلايا التحلل المائي الفعالة والمتينة وأنظمة خلايا الوقود. من خلال النظر بعناية في العوامل المذكورة أعلاه وإجراء الاختبارات المناسبة ، يمكنك اتخاذ قرارات مستنيرة بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. يرجى الاتصال بنا ، سيساعدك مهندسو التطبيقات لدينا وخبراء خلايا التحلل المائي في المنزل وخلايا الوقود في تحديد أفضل منتج لتطبيقك. دعونا نعمل معًا لتمهيد الطريق لتطوير حلول الطاقة النظيفة والمستدامة.