Proton Exchange Membrane (PEM) na proseso ng paggawa

Proton Exchange MembraneAng mga cell ng gasolina (PEMFC) ay maaaring masabing ang "reverse" na aparato ng electrolyzer ng tubig. Ang electrolysis ng tubig ay gumagamit ng isang panlabas na mapagkukunan ng kuryente sa electrolyze water upang makabuo ng hydrogen at oxygen; Ang mga cell ng gasolina ay isang proseso kung saan ang hydrogen at oxygen reaksyon ng electrochemically upang makabuo ng tubig at makabuo ng kuryente nang sabay. Ang PEMFC ay may dalawang pole, hydrogen electrode at oxygen electrode, kung saan angProton Exchange Membranenagsisilbing electrolyte.

Larawan ng Proton Exchange Membrane Source: Gore

Samakatuwid,Proton Exchange Membrane (PEM)ay isa sa mga pangunahing pangunahing materyales ng proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), at ang pagganap nito ay tumutukoy sa pagganap at buhay ng serbisyo ng baterya. Upang makamit ang mahusay at matatag na operasyon ng hydrogen fuel cell, ang proton exchange membrane ay kinakailangan na magkaroon ng mataas na proton conductivity, mahusay na thermal at kemikal na katatagan, mataas na mekanikal na lakas at tibay.

Larawan kung paano gumagana ang Proton Exchange Membrane

Ang proseso ng paggawa ngProton Exchange Membranedirektang nakakaapekto sa pagganap ng lamad. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang pangunahing proseso ng produksyon: proseso ng pagtunaw at proseso ng solusyon.

Una, matunaw ang paraan ng pagbubuo ng lamad

Matunaw na pamamaraan ng pagbubuo ng lamad, na tinatawag ding natutunaw na paraan ng extrusion, ay ang unang pamamaraan na ginamit upang maghanda ng PFSAProton Exchange Membrane. Ang proseso ng paghahanda ay upang matunaw ang dagta sa pamamagitan ng extrusion casting o pag -ikot sa isang lamad, pagkatapos ng paggamot sa pagbabagong -anyo upang makuha ang pangwakas na produkto. Ang proseso ng pagtunaw ng extrusion ay unang komersyal na ginawa ng DuPont, at ang pamilya ng aquivion ng Solvay ay gumagamit ng isang katulad na proseso gamit ang maikling chain chain perfluorosulfonic acid (PFSA) bilang isang hilaw na materyal.

Ang lamad na inihanda ng pamamaraang ito ay may pantay na kapal, mahusay na pagganap at mataas na kahusayan sa paggawa, na angkop para sa paggawa ng masa ng makapal na lamad, at ang proseso ng paggawa ay hindi kailangang gumamit ng solvent at palakaibigan.

Ang kawalan ay na, sa isang banda, dahil sa mga katangian ng proseso, ang paraan ng pagtunaw ng extrusion ay hindi maaaring magamit upang makagawa ng mga lamad at hindi mabisang malutas ang problema ng gastos ng lamad ng proton ng PFSA; Sa kabilang banda, ang lamad na ginawa ng extrusion molding ay kailangang sumailalim sa pagbabagong hydrolysis upang makuha ang pangwakas na produkto, at mahirap mapanatili ang makinis na lamad sa prosesong ito. Sa pagtingin sa mga problema sa itaas ay hindi maaaring malutas sa panimula, ang pananaliksik at aplikasyon ng natutunaw na pamamaraan sa larangan ng proton exchange membrane ay nagpapakita ng isang pagtanggi sa takbo.

Pangalawa, pamamaraan ng pagbuo ng lamad

Ang pamamaraan ng pagbuo ng lamad ng solusyon ay ang pangunahing pamamaraan na ginagamit sa pang -agham na pananaliksik at mga produktong komersyal. Ito ay halos handa na tulad ng mga sumusunod: ang polimer at modifier ay natunaw sa solvent pagkatapos ng paghahagis o paghahagis, at sa wakas pagkatapos ng pagpapatayo upang alisin ang solvent upang makabuo ng isang lamad. Ang pamamaraan ng pagbuo ng lamad ng solusyon ay angkop para sa karamihan ng mga sistema ng dagta, madaling makamit ang pagbabago ng hybrid at disenyo ng microstructure, at maaari ding magamit upang maghanda ng mga ultra-manipis na lamad, kaya nakakaakit ito ng maraming pansin.

Ang pamamaraan ng pagbuo ng lamad ng solusyon ay maaaring higit na nahahati sa paraan ng paghahagis ng solusyon, paraan ng paghagis ng solusyon at pamamaraan ng sol-gel ayon sa pagkakaiba ng proseso ng huli.

1. Paraan ng paghahagis ng solusyon

Ang pamamaraan ng paghahagis ng solusyon ay upang palayasin ang solusyon ng polymer nang direkta sa flat amag, at gawin ang solvent na pabagu -bago upang makabuo ng isang lamad sa isang tiyak na temperatura. Ang pamamaraang ito ay simple at madaling gamitin, at pangunahing ginagamit para sa laboratory pangunahing pananaliksik at pre-komersyal na pagbabalangkas at pag-optimize ng proseso.

2. Paraan ng pagsasabog ng solusyon

Ang paraan ng paghahagis ng solusyon ay isang extension ng paraan ng paghahagis ng solusyon, na maaaring magamit para sa malakihang tuluy-tuloy na produksyon, kaya ang kasalukuyang mga produktong komersyal (pangunahin ang mga lamad ng palitan ng proton ng PFSA) na kadalasang gumagamit ng paraan ng paghahagis ng solusyon.

Ang pamamaraan ng paghahagis ng solusyon ay maaaring makamit ang patuloy na paggawa sa pamamagitan ng proseso ng roll-to-roll, higit sa lahat kabilang ang pagbabagong-anyo ng paglusaw ng resin, solusyon sa paghahagis, pagbuo ng dry membrane at iba pang mga proseso, kumpara sa natutunaw na paraan ng extrusion, ang proseso nito ay mas mahaba, mas kumplikado, ang solvent ay kailangang mabawi, ngunit ang kalamangan ay ang pagganap ng produkto ay mas mahusay at ang kapal ng lamad ay mas payat.

Ang mga pangunahing kumpanya ng produksiyon ay: Ang Estados Unidos Gore Gore-Select Series Membrane, DuPont Second/Third Generation Nafion Membrane, Asahi Kasei Acflex Membrane, Asahi Glass Flemion Membrane, Dongyue Group, atbp.

3. Paraan ng Sol-gel

Ang pamamaraan ng Sol-Gel ay karaniwang ginagamit upang maghanda ng mga organikong-organikong composite membranes. Ang proseso ng Sol-gel ay ginagamit upang makamit ang pantay na pagpapakalat ng mga hindi organikong tagapuno sa polymer matrix.

Ang simpleng proseso ng paghahanda ay ang mga sumusunod: Ang pre-handa na polymer homogenous membrane ay namamaga at nababad sa isang maliit na molekula solvent na natunaw ng mga alkol (Si, Ti, Zr, atbp.), At ang inorganic oxide ay nasa-situ doped sa lamad sa pamamagitan ng proseso ng sol-gel upang makuha ang composite membrane. Ang pagganap ng organikong-organikong composite membrane na ginawa sa ganitong paraan ay sa pangkalahatan ay mas mahusay kaysa sa direktang solusyon na timpla ng lamad, at ang hydrogen fuel cell na gawa sa lamad na ito ay maaari pa ring mapanatili ang isang matatag na operasyon sa 130 ℃ mataas na temperatura, ngunit hindi nito makamit ang malaking sukat na patuloy na paggawa ng lamad.