Protonski membranski proces protona (PEM) Proces proizvodnje

Proton Exchange MembranaZa gorivne celice (PEMFC) lahko rečemo, da so "obratna" naprava vodnega elektrolizatorja. Vodna elektroliza uporablja zunanji vir energije za elektroliziranje vode za proizvodnjo vodika in kisika; Gorilne celice so postopek, v katerem vodik in kisik reagirajo elektrokemično, da proizvajajo vodo in hkrati proizvajajo elektriko. PEMFC ima dva pola, vodikovo elektrodo in kisikovo elektrodo, v kateriProton Exchange Membranasluži kot elektrolit.

Slika protona Exchange Membrane Vir: Gore

Torej,Proton Exchange Membrana (PEM)je eden od osnovnih osnovnih materialov gorivne celice protonske izmenjave membrane (PEMFC), njegova zmogljivost pa določa uspešnost in življenjsko dobo baterije. Da bi dosegli učinkovito in stabilno delovanje vodikove gorivne celice, je potrebna membrana protonske izmenjave, da ima visoko protonsko prevodnost, dobro toplotno in kemično stabilnost, visoko mehansko trdnost in trajnost.

Predstavljajte si, kako deluje protonska izmenjava membrane

Proces proizvodnjeProton Exchange Membrananeposredno vpliva na delovanje membrane. Trenutno obstajata dva glavna proizvodna procesa: proces taljenja in proces rešitve.

Najprej metoda oblikovanja membrane taline

Metoda oblikovanja membrane taline, imenovana tudi metoda ekstrudiranja taline, je prva metoda, ki se uporablja za pripravo PFSAProton Exchange Membrana. Postopek priprave je, da smo smolo po transformacijskem obdelavi stopili z ekstruzijskim vlivanjem ali valjanjem v membrano, da bi dobili končni izdelek. Postopek ekstrudiranja taline je najprej komercialno izdelal DuPont, Solvay's Aquivion družina izdelkov pa uporablja podoben postopek z uporabo kratke stranske verige perfluorosulfonske kisline (PFSA) kot surovine.

Membrana, pripravljena s to metodo, ima enakomerno debelino, dobro zmogljivost in visoko proizvodno učinkovitost, ki je primerna za množično proizvodnjo debele membrane, proizvodni proces pa ni treba uporabljati topila in je okolju prijazen.

Pomanjkljivost je, da na eni strani zaradi značilnosti postopka metode ekstrudiranja taline ni mogoče uporabiti za proizvodnjo membran in ne more učinkovito rešiti problema stroškov protonske membrane PFSA; Po drugi strani pa mora membrana, narejena z ekstruzijskim oblikovanjem, podvrgla hidrolizni transformaciji, da dobi končni izdelek, in težko je vzdrževati gladko membrano v tem procesu. Glede na zgornje težave ni mogoče temeljno rešiti, raziskave in uporaba metode taljenja na področju protonske membrane kažejo upadajoč trend.

Drugič, metoda oblikovanja membrane raztopine

Metoda oblikovanja membrane rešitev je glavna metoda, ki se uporablja v znanstvenih raziskavah in komercialnih izdelkih. V grobem je pripravljen na naslednji način: polimer in modifikator se po vlivanju ali vlivanju raztopita v topilu in na koncu po sušenju, da odstranimo topilo, da tvori membrano. Metoda oblikovanja membrane rešitev je primerna za večino smolnih sistemov, enostavna za doseganje hibridne modifikacije in mikrostrukturne zasnove, poleg tega pa se lahko uporablja tudi za pripravo ultra tankih membran, zato je pritegnila veliko pozornosti.

Metoda oblikovanja membrane raztopine je mogoče nadalje razdeliti na metodo vlivanja raztopin, metodo vlivanja raztopin in metodo sol-gela glede na razliko slednjega procesa.

1. metoda vlivanja rešitev

Metoda vlivanja raztopine je, da polimerno raztopino vstavite neposredno v ravni kalup in topilo lahko sprostite, da nastane membrana pri določeni temperaturi. Ta metoda je preprosta in enostavna za uporabo in se uporablja predvsem za laboratorijske osnovne raziskave in predkomercialno formulacijo in optimizacijo procesov.

2. metoda difuzije raztopine

Metoda vlivanja rešitev je razširitev metode vlivanja raztopin, ki se lahko uporablja za obsežno neprekinjeno proizvodnjo, tako da trenutni komercialni izdelki (predvsem membrane PFSA protonske izmenjave) večinoma uporabljajo metodo vlivanja rešitev.

Metoda vlivanja raztopin lahko doseže neprekinjeno proizvodnjo s postopkom odvrnitve do robanja, v glavnem vključno s transformacijo raztapljanja smole, vlivanjem raztopin, tvorbo suhih membran in drugimi procesi v primerjavi z metodo ekstrudiranja taline je njegov postopek daljši, bolj zapleten, topilo je treba obnoviti, vendar je prednost, da je zmogljivost izdelka boljša in je debelina membrane tanjša.

Glavna produkcijska podjetja so: Združene države Gore-Gore Series membrana, Nafion Membrana DuPont druge generacije, membrana Asahi Kasei Acflex, Asahi Glass Flemion Membrana, Dongyue Group itd.

3. Sol-gel metoda

Sol-gel metoda se običajno uporablja za pripravo organsko-anorganskih kompozitnih membran. Sol-gel postopek se uporablja za doseganje enakomerne disperzije anorganskih polnil v polimerni matrici.

Preprost postopek priprave je naslednji: vnaprej pripravljena polimerna homogena membrana je otekla in namočena v majhnem molekulskem topilu, raztopljenem z alkoli (Si, Ti, Zr itd.), Anorganski oksid pa je v situ, ki je v membrani skozi sol-gel proces. Učinkovitost organsko-anorganske kompozitne membrane, narejene na ta način, je na splošno boljša od učinkovitosti menjave neposredne raztopine, vodikova gorivna celica te membrane pa lahko še vedno ohranja stabilno operacijo pri 130 ℃ visoki temperaturi, vendar ne more doseči obsežne neprekinjene proizvodnje membrane.