Selezione della membrana di scambio ionico per l'elettrolisi dell'acqua

1、Comprendere la membrana di scambio ionico Una membrana di scambio ionico (IEM) è una barriera sottile che consente di passare selettivamente gli ioni da un elettrodo di un dispositivo elettrochimico a un altro, incluso ma non limitato alle celle di elettrolisi dell'acqua e alle celle a combustibile. La membrana a scambio ionico è costituita da una matrice polimerica tridimensionale funzionalizzata con gruppi caricati (o scambio ionico). Questi gruppi di carica fissi completamente o parzialmente respingono gli ioni (ISOONS) in modo simile dalla membrana e consentono agli ioni con cariche diverse (controioni) di passare attraverso la membrana. Nelle cellule idroelettrolitiche e nelle celle a combustibile, il trasporto di ioni efficiente è importante per ottenere prestazioni elevate, ridurre il sovrapotenziale e garantire l'efficacia complessiva dei processi elettrochimici pertinenti.

2、Considerazioni chiave quando si sceglie un IEM appropriato

Secondo il tipo di gruppo di carica fisso nella spina dorsale polimerico, IEM può essere diviso in due tipi: membrana di scambio cationico (CEM) e anione (AEM). Le membrane di scambio cationico contengono ioni fissi caricati negativamente che consentono ai cationi di muoversi sulla membrana. Al contrario, l'AEM trasporta gruppi caricati positivamente che consentono selettivamente il trasporto di anioni. Oltre a queste due classificazioni di base, l'IEM può anche essere un Proton Exchange Membrane (PEM), una membrana bipolare, una membrana anfotropica e una membrana a matrice mista. Nelle celle elettrolitiche e nelle celle a combustibile, PEM e AEM sono i più utili. PEM è un CEM speciale in grado di trasportare protoni (ioni H +).

1. Quando si sceglie una membrana di scambio ionico, la prima considerazione è il tipo di serbatoio elettrolitico a celle a combustibile e acqua. Il funzionamento delle celle a combustibile e delle celle elettrolitiche dell'acqua comporta il trasporto di ioni; Il tipo di ione da trasmettere determina il tipo appropriato di membrana di scambio ionico da utilizzare. Le celle elettrolitiche dell'acqua della membrana elettrolitica polimerica (PEMWE) e le celle a combustibile (PEMFC) che operano in condizioni acide sono necessarie per trasportare ioni H +. Pertanto, sia PEMFC che PEMwe usano il PEM. Al contrario, le celle a combustibile a membrana di scambio di anioni (AEMFC) e le celle elettrolitiche dell'acqua di membrana anionica (AEMWE) operano in ambienti alcalini. Sia AEMFC che AEMwe hanno usato l'AEM.

Una volta identificato il tipo di IEM adatto alla cella a cella a combustibile e alla cella elettrolitica dell'acqua, è tempo di approfondire le caratteristiche specifiche che producono efficienza target e prestazioni.

2、Le prestazioni IEM e l'equilibrio tra di loro

In generale, le proprietà dell'IEM sono determinate dalle caratteristiche della spina dorsale del polimero e dalla carica fissa che costituisce la sua struttura. In particolare, la densità, la bagnabilità (idrofobica o idrofila) e la morfologia della matrice polimerica, nonché il tipo e la concentrazione di gruppi funzionali carichi, possono influire sulle prestazioni di IEM. Le proprietà meccaniche, chimiche e termiche di IEM sono influenzate principalmente dalla spina dorsale del polimero, mentre le proprietà elettrochimiche, la conduttività e l'eccesso di selettività sono determinate dalla concentrazione della carica fissa. Fai clic qui per saperne di più sulle caratteristiche IEM chiave.

L'IEM ad alte prestazioni deve avere un'elevata conducibilità ionica, un'elevata capacità di scambio ionico, una selettività quasi uniforme e un'eccellente stabilità dimensionale, chimica, meccanica e termica. Tuttavia, non è facile soddisfare tutti questi requisiti. Non possiamo fare tutto e, nella maggior parte dei casi, dobbiamo trovare il perfetto equilibrio tra queste caratteristiche.

3. Condizioni di lavoro

Quando trovi un IEM adatto per la tua applicazione, dovresti anche prendere in considerazione le condizioni di lavoro, tra cui la temperatura, la pressione e i livelli di umidità. Le condizioni di lavoro possono influenzare non solo le prestazioni IEM, ma anche la sua stabilità. Alcuni IEM hanno le migliori prestazioni ad alte temperature, mentre altri sono progettati per applicazioni a bassa temperatura. Assicurarsi che l'IEM selezionato supporti l'ambiente di utilizzo del dispositivo.

4, il costo dei materiali di membrana

Supponiamo di aver trovato una membrana perfettamente ottimizzata con buone prestazioni e stabilità. Un altro fattore da considerare è il costo. Di solito, i requisiti elevati per le prestazioni e la stabilità richiedono costi elevati. Pertanto, il bilanciamento dei requisiti di prestazione e dei vincoli di bilancio è fondamentale perché il costo di IEM influisce sul costo complessivo delle celle a combustibile e dei sistemi idrici.

La scelta della membrana di scambio ionico giusto è il punto chiave nella progettazione di celle di idrolisi e efficienti e durevoli e sistemi di celle a combustibile. Considerando attentamente i fattori di cui sopra e conducendo test appropriati, è possibile prendere decisioni informate in base ai requisiti specifici dell'applicazione. Si prega di contattarci, i nostri ingegneri delle applicazioni e gli esperti di celle di idrolisi e celle a combustibile ti aiuteranno a selezionare il miglior prodotto per la tua applicazione. Lavoriamo insieme per aprire la strada allo sviluppo di soluzioni energetiche pulite e sostenibili.