Pagtatasa ng mga function na kadahilanan na nakakaapekto sa pagganap ng electrolysis ng tubig ng PEM

1. Epekto ng temperatura sa kahusayan ng Pemwe

Ang electrolytic stack ay dapat na pinatatakbo sa ilalim ng mataas na mga kondisyon ng temperatura upang makamit ang mataas na pagganap. Ang temperatura ng operating ay nakakaapekto sa nababaligtad na boltahe, ohmic overpotential at singilin ang paglilipat ng labis na labis na labis na katod at anode, sa gayon ay nakakaapekto sa pagganap ng PEM (tulad ng ipinapakita sa Larawan 1 sa ibaba). Ang pagtaas ng temperatura ay maaaring mabawasan ang overvoltage ng ohmic, mababalik na boltahe at overvoltage ng pag -activate sa mga rehiyon ng cathode at anode.

Larawan 1: Epekto ng temperatura sa boltahe ng cell ng PEMWE sa 0.8 A/cm2 at 0.2 MP at 60 na lapad ng layer

Ang rate ng reaksyon sa elektrod ay nagdaragdag sa pagtaas ng temperatura, na nagreresulta sa isang pagtaas sa palitan ng kasalukuyang density, na binabawasan ang sobrang pag -activate. Maraming mga pag -aaral ang isinagawa upang siyasatin ang epekto ng temperatura sa pagganap ng PEMWE. Ang mga resulta sa pangkalahatan ay nagpapakita na:

Sa ilalim ng parehoIsang bagayAng mga kondisyon, ang pagtaas ng temperatura ay nagdudulot ng pagbabago sa kasalukuyang density, at ang isang pagtaas ng ionic conductivity ay may makabuluhang positibong epekto sa kahusayan ng PEMWE; Ang isang pagtaas ng temperatura ay binabawasan ang potensyal ng pag -activate, na nagreresulta sa isang exponential na pagtaas ng kahusayan; Ang epekto ng temperatura sa kahusayan ng PEM sa saklaw ng temperatura na 293-373 K, ang isang pagtaas sa temperatura ng operating ay binabawasan ang enerhiya na kinakailangan upang makakuha ng parehong density, na tumutulong upang mapagbuti ang kahusayan ng PEM. Sa madaling sabi, ang isang pagtaas ng temperatura ay nagpapabuti sa ionic conductivity at electrochemical na aktibidad. Bilang karagdagan, ang mga resulta ay nagpapakita na ang epekto ng temperatura ay nagiging napaka makabuluhan sa mas mataas na kasalukuyang mga density (tingnan ang Larawan 2 sa ibaba).

Larawan 2: Ang mga katangian ng I-V na katangian ng electrolysis ng tubig ng PEM sa iba't ibang mga temperatura ng operating

Gayunpaman, mayroong isang limitasyon sa pagpapabuti ng pagganap ng baterya na may pagtaas ng temperatura, dahil ang electrolyte ay sumingaw kapag ang temperatura ng operating ay lumampas sa 100 ° C. Sa normal na presyon, dahil ang tubig ay sumingaw sa mga temperatura sa itaas ng 373 K, ang temperatura ay hindi dapat dagdagan sa itaas ng 373 K, at ang tubig ay kailangang ma -likido upang mapanatili ang ionic conductivity ng electrolyte layer. Ang pagtaas ng temperatura sa itaas ng 100 ° C ay humantong sa isang minimum na saturation ng likido at mga problema sa kakulangan ng tubig, na maiiwasan sa pamamagitan ng pressurized na operasyon. Bilang karagdagan, ang tubig ay dapat na linisin bago gamitin ito sa PEMWE, dahil ang hindi nabubuong tubig ay maaaring magpabagal sa mga materyales at sangkap ng PEMWE. Ang pagtaas ng temperatura ay nagpapabilis sa pagkasira ng mga materyales sa lamad sa ilalim ng thermal stress, na nagiging sanhi ng manipis na lamad sa paglipas ng panahon. Bilang karagdagan, dahil sa pagpapalawak ng thermal sa pagitan ng lamad at iba pang mga sangkap sa electrolyzer, ang pagtaas ng temperatura ay bumubuo ng mekanikal na stress sa lamad, na nagreresulta sa pagnipis ng kapal ng lamad. Bilang karagdagan, kung ang mga kondisyon ng operating ay hindi mahigpit na kinokontrol, ang pagtaas ng temperatura ay magiging sanhi ng pag -aalis ng lamad ng lamad, sa gayon binabawasan ang kapal ng lamad, dahil ang istraktura ng polimer ay babagsak nang bahagya nang walang sapat na tubig upang mapanatili ang pinalawak na estado nito.

Bilang karagdagan, habang bumababa ang temperatura, ang pagkamatagusin ng gas sa pamamagitan ng lamad ay bumababa, at ang halaga ng hydrogen na sumisid sa pamamagitan ng layer ng lamad ay bumababa din. Bilang karagdagan, ang ilang mga pag -aaral ay itinuro din na ang pinakamainam na temperatura ng operating ngPEM Electrolzeray bababa upang maabot ang nakapaligid na temperatura sa ilalim ng mababang kasalukuyang density.

1.2 Epekto ng presyon ng katod sa pagganap ng PEM

Kapag ang katod ay pinatatakbo sa isang mas mataas na presyon, ang rate ng henerasyon ng hydrogen ay tataas dahil ang mataas na presyon ay maaaring dagdagan ang rate ng paglipat ng masa ng mga reaksyon at mga produkto sa lamad. Bilang karagdagan, dahil sa pagtaas ng presyon, ang enerhiya na kinakailangan para sa pagbabago ng phase mula sa likido hanggang gas ay nabawasan, na maaaring baguhin ang singaw-likido na balanse ng tubig, sa gayon ay pagpapabuti ng kahusayan ng enerhiya. Bilang karagdagan, sa mas mataas na panggigipit, ang overpotential na kinakailangan para sa reaksyon ng ebolusyon ng hydrogen ay bababa din, sa gayon ay mapapabuti ang kahusayan ng boltahe ng proseso ng electrolyzer ng PEM electrolyzer. Gayunpaman, ang isang pagtaas sa presyon ng katod ay nagiging sanhi ng mga H+ ion na lumipat sa kabaligtaran ng direksyon mula sa anode hanggang sa katod, na nagreresulta sa isang pagtaas ng overvoltage at pinapabagal ang reaksyon ng electrochemical (tingnan ang Larawan 3 sa ibaba). Samakatuwid, ang isang pagtaas sa presyon ng katod ay maaaring makakaapekto sa kahusayan ng enerhiya at pagganap ng enerhiya ng PEMWE.

Larawan 3: Ang mga katangian ng katangian ng I-V sa iba't ibang mga presyon ng katod.

Kapag ang presyon ng anode ay pinananatili sa presyon ng atmospera, ang isang pag -aaral sa epekto ng mga pagbabago sa presyon sa rehiyon ng katod sa kahusayan ng PEMWE ay nagpapakita na ang kahusayan ng PEMWE ay bumababa sa pagtaas ng presyon; Sa mataas na kasalukuyang density, ang epekto ng presyon sa pagtaas ng mababalik na boltahe ng cell ay mas malinaw kaysa sa epekto sa pagbawas sa overvoltage, at ang kinakailangang pagtaas ng boltahe ng cell na may pagtaas ng presyon ng katod. Bilang karagdagan, kapag ang presyon ay tumataas mula sa 1000 kPa hanggang 2000 kPa, ang kasalukuyang pag -input ay tumataas din. Mayroon ding mga pag -aaral na sinusuri ang epekto ng presyon ng katod sa pagganap ng PEM, at ang mga resulta ay nagpapakita na ang pagbabawas ng presyon ng katod mula 4bar hanggang 1bar ay maaaring mabawasan ang boltahe ngPEM Electrolyzer sa pamamagitan ng 4.8%. Bilang karagdagan, ang isang pagtaas sa presyon ng hydrogen ay binabawasan ang pagganap ng Faraday. Bagaman ang pagtaas ng presyon ng katod ay maaaring mapabuti ang kahusayan ng reaksyon ng electrolysis, ang enerhiya na kinakailangan upang i -compress ang mga hydrogen offsets ang mga benepisyo na ito. Sa mga tuntunin ng katatagan at kaligtasan, ang pagtaas ng presyon ay nagdaragdag ng mekanikal na stress sa mga sangkap ng system, negatibong nakakaapekto sa kanilang tibay at buhay ng serbisyo. Ito ay humahantong sa pagtaas ng mga gastos sa kapital at pagpapanatili dahil sa pangangailangan para sa mas matatag at matibay na mga materyales at sangkap. Bilang karagdagan, ang panganib ng pagtaas ng pagtagas ng hydrogen, na nangangailangan ng malakas na mga hakbang sa kaligtasan upang pamahalaan ang panganib na ito.

3. Epekto ng kasalukuyang density saPEM Electrolysispaggawa ng hydrogen

Ang kasalukuyang density ay may makabuluhang epekto sa maraming mga aspeto ng proseso ng electrolysis, kabilang ang kahusayan ng system, rate ng henerasyon ng hydrogen, at buhay ng system. Ang isang pagtaas sa kasalukuyang density ay humahantong sa isang pagtaas sa rate ng mga electrochemical reaksyon na nagaganap sa ibabaw ng elektrod, sa gayon ay nadaragdagan angPEM ElectrolyzerAng rate ng produksyon ng hydrogen. Ang hydrogen permeation ay positibong apektado ng kasalukuyang density. Ang isang pagtaas sa kasalukuyang density ay humahantong sa isang pagbawas sa boltahe ng stack, sa gayon pagpapabuti ng pagganap ng cell. Maaaring ito ay dahil sa ang katunayan na ang pagtaas ng kasalukuyang density ay nagdaragdag ng reaksyon ng kinetic sa elektrod, na nagreresulta sa pagbaba ng paglaban sa paglilipat ng singil, sa gayon pinapabuti ang pagganap ng electrolytic cell.

Sa kaibahan, ang mataas na kasalukuyang density ay bumubuo ng isang malaking halaga ng gas, na nagiging sanhi ng pagsasama -sama ng O2, na nagreresulta sa dalawang magkakaibang mga estado ng daloy ng phase at pinoprotektahan ang elektrod ng anode mula sa tubig. Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit na ang mass transportasyon ng nabuong gas at tubig ay maaaring maapektuhan ng mga isyung ito. Ang pagsasama -sama ng nabuong gas sa Pemwe ay humahantong sa pagbara ng bubble kapag ang gas na nabuo sa lugar ng katalista ay lumampas sa kapasidad ng gas purge ng daloy ng channel. Ang pangunahing sanhi ng pagbara ng bubble ay ang cross-section ng channel at bilis ng daloy ng tubig. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang mataas na daloy ng tubig ay humahantong sa isang pagkaantala sa paglipat mula sa mga bula hanggang sa mga slug, na nagreresulta sa mas maliit na mga bula at mas kaunting mga slug. Sa mga tuntunin ng kahusayan ng enerhiya, ang mga overpotentials ng anode at katod ay nagdaragdag sa pagtaas ng kasalukuyang density, na nangangahulugang ang karagdagang boltahe ay kinakailangan upang himukin ang reaksyon ng electrochemical sa perpektong rate, na nagreresulta sa nabawasan na kahusayan ng enerhiya.

Bilang karagdagan, dahil sa paglaban ng mga electrodes, electrolyte, at mga de -koryenteng konektor, ang pagtaas ng kasalukuyang density ay humahantong din sa isang pagtaas ng mga pagkalugi ng ohmic, na karagdagang binabawasan ang pangkalahatang kahusayan ng enerhiya ng system. Ang mataas na kasalukuyang density ay maaaring negatibong nakakaapekto sa tibay at buhay ng serbisyo ng pemwe. Ang nakataas na kasalukuyang density ay nagpapabilis sa pagkasira ng mga electrodes. Sa mataas na kasalukuyang density, ang mas mataas na mga flux ng ion at mas mataas na temperatura ng operating ay maaaring mabigyang diin ang lamad, na humahantong sa mabilis na pagkasira. Kapag nagpapatakbo ng isang pemwe sa mataas na kasalukuyang density, dapat isaalang -alang ang isang balanse sa pagitan ng kahusayan, output, at buhay. Ang mga modernong pemwes ay gumagamit ng mga advanced na control system na nag-optimize ng kasalukuyang density batay sa data ng real-time upang balansehin ang buhay, output, at kahusayan.