1. Роль мембран
Мембранывэлектролитическое производство водородаУстройства выполняют три функции: они передают ионы (такие как ионы гидроксида или водорода) в электролите, предотвращают переход или проникновение водорода и кислорода между электродами и обеспечивают изоляцию для предотвращения переноса электронов между электродами (тем самым предотвращая проводимость).
В настоящее время значительное внимание уделяется свойствам пропускания ионов и газонепроницаемости, но изоляция часто упускается из виду. Проводимость в мембранах приводит к высокой плотности тока и низкому сопротивлению, что приводит к взрывам; таким образом, проводящие мембраны представляют большую опасность, чем газовый переход.
2. Развитие мембран
Исторически сложившийся выбор мембранных материалов включает асбестовые мембраны и мембраны из полифениленсульфида.
3. Связь между авариями электролитических ячеек и мембранами.
Проводимость мембран как основная причина аварий
Качество мембран на внутреннем рынке варьируется в широких пределах. С точки зрения проводимости мембраны обладают разным сопротивлением, при этом изоляционные мембраны являются стандартом для квалификации. Некоторые производители снижают сопротивление мембраны для повышения проводимости, что непосредственно приводит к взрывам электролизеров. Перенос электронов в мембранах может проявляться несколькими способами:
Низкое сопротивление мембраны обеспечивает привлекательные эксплуатационные параметры и минимальное энергопотребление (ниже 4,0, даже около 3,7).
Несмотря на привлекательные данные, производство водорода значительно ниже теоретических значений, поскольку большая часть энергии преобразуется в тепло, что делает мембрану тепловыделяющим компонентом. Выделение тепла мембранами происходит по двум причинам:
При изготовлении полифениленсульфидных мембран вводят другие типы волокон, обладающие низкой диэлектрической проницаемостью и определенной способностью к переносу электронов.
Модификация мембран может привести к введению веществ, облегчающих перенос электронов, таких как атомы серы в полифениленсульфиде, или примесей, таких как ионы металлов или поверхностно-активные вещества.
ТонкийМембраныс большими порами
Тонкие мембраны с большими порами подвержены осаждению и проникновению оторвавшихся материалов электродов, что приводит к повышению проводимости. Некоторые производители выпускаютмембраныс чрезмерно большими промежутками в волокнах или нитях, что приводит к более широкому распределению пор (5-20 микрон) и недостаточной толщине. Частицы металла (например, никеля) в электролите накапливаются на мембране и проникают в нее, что в конечном итоге приводит к тому, что она становится проводящей. Чтобы предотвратить проводимость от отсоединившихся электродов, мембраны должны иметь:
Адекватная толщина для предотвращения проникновения металлических частиц.
Небольшие размеры пор, в идеале менее 8-10 микрон, желательно с многослойной структурой.
Плохая устойчивость к температуре, коррозии и механическим повреждениям.
Рынок предлагает множество мембран, но для повышения производительности производства полифениленсульфидные волокна часто смешивают с другими конструкционными волокнами (что приводит к чрезмерным потерям щелочи и устойчивости к низким температурам). Снижение сопротивления мембраны и скручивания волокон также может снизить механическую долговечность. Неправильные методы повышения гидрофильности могут привести к проблемам. Наблюдаемые характеристики мембраны включают:
Высокие показатели усадки.
Повышенная потеря щелочи.
Снижение газонепроницаемости из-за внешних воздействий.
Рабочая среда внутри электролизеров может быть более разрушительной, чем внешние условия, поэтому требуются мембраны, устойчивые к растяжению, изгибу и сжатию, сохраняющие при этом производительность при определенных уровнях нагрузки.
