Ang pagkamatagusin ng hydrogen at crossover ng alkalina na mga lamad ng electrolysis ng tubig

Ang salitang hydrogen permeability ay partikular na tumutukoy sa paglala ng hydrogen sa pamamagitan ng lamad sa pamamagitan ng pagsasabog at mga mekanismo ng kombeksyon. Ang pagsasabog ay hinihimok ng pagkakaiba -iba ng konsentrasyon o presyon, habang ang kombeksyon ay hinihimok ng gradient ng presyon ng tubig sa pagitan ng anode at katod.

Ang pagkamatagusin ng hydrogen ay isang pangunahing kadahilanan na nakakaapektoAlkaline Electrolyzerpaggawa ng hydrogen

▪ Ang pagkilos ng isang permeate ay karaniwang tinukoy bilang rate ng daloy ng dami sa pamamagitan ng alkalina na lamad bawat yunit ng lugar bawat oras ng yunit, sa cm³/cm² · s. Dahil ang dami ng gas ay nag -iiba sa presyon at temperatura, ang molar flux (sa mol/cm² · s) ay mas praktikal na ginagamit.

▪ Ang koepisyent ng hydrogen permeability o simpleng pagkamatagusin ay ang pagkilos ng isang permeate sa pamamagitan ng lamad bawat yunit ng pagmamaneho ng yunit at bawat kapal ng lamad ng yunit. Ang puwersa sa pagmamaneho ay ang pagkakaiba ng presyon sa buong kapal ng lamad (bar/cm), kaya ang yunit ng pagkamatagusin ng hydrogen ay mol · cm-1 · s-1 · bar-1.

Ang hydrogen crossover ay isang praktikal na termino na tumutukoy sa pangkalahatang paglala ng hydrogen sa pamamagitan ng lamad na hinimok ng lahat ng posibleng mga mekanismo ng transportasyon (kabilang ang pagsasabog, kombeksyon, at paglaban ng electroosmotic), tulad ng natunaw na hydrogen at natunaw na mga hydroxide ions.

Ang hydrogen crossover ay karaniwang ipinahayag bilang katumbas na kasalukuyang density (IH2Crossover, MA/cm²), na may parehong mga yunit tulad ng rate ng produksyon ng hydrogen at oxygen saAlkaline Electrolyzer.

Dahil ang H2 crossover kasalukuyang density ay nakasalalay higit sa lahat sa pagkakaiba ng presyon, tumataas ang nilalaman ng H2 kapag angElectrolyzeray pinatatakbo sa bahagi ng pag -load.

Ang katanggap -tanggap na saklaw para sa bahagyang operasyon ng pag -load ng pang -industriya na alkalinaMga electrolyzer ng tubigay karaniwang 10-40% ng na-rate na pag-load. Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng ugnayan sa pagitan ng kasalukuyang density at kadalisayan ng gas sa panahon ng 1 araw ng pagpapatakbo ng isang alkalina na electrolyzer na pinapagana ng enerhiya ng solar.

Sa presyon ng atmospheric at 80 ° C, ang mas mababang limitasyon ng pagsabog (LEL) at limitasyon sa itaas na pagsabog (UEL) ng mga halo ng H2/O2 ay 3.8 mol% at 95.4 mol% H2, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga gas na impurities (hydrogen at oxygen crossover) ay pangunahing maiugnay sa mga landas ng permeation, na maaaring nahahati sa dalawang mga landas: pagsasabog at mga mekanismo ng paglipat ng masa.

Ang Gas Permeation bilang isang function ng kasalukuyang density sa isang 1-araw na solar electrolysis operation (Hunyo 24, 1993) ten-kwAlkaline Electrolyzer: 20 mga cell (mga cell) na may mga lamad na batay sa polysulfone bilang alkalina na lamad.

Ang convective mass transfer ay nangyayari dahil sa sirkulasyon ng saturated electrolyte sa buong electrolyzer at bop. Matapos ang paghihiwalay ng mga phase ng likido at gas, ang ginugol na catholyte ay nananatiling puspos ng H2, habang ang ginugol na anolyte ay puspos ng O2.

Upang mabayaran ang mga pagkakaiba-iba sa konsentrasyon ng alkalina na electrolyte na dulot ng mga reaksyon ng elektrod, ang mga electrolyte na saturated na gas ay halo-halong at pagkatapos ay pantay na pumped pabalik sa katod at anode. Ang mga tuluy -tuloy na siklo na ito ay humantong sa pangkalahatang saturation ng electrolyte na may H2 at O2, na ginagawang hindi maiiwasan ang paghahalo ng gas sa pamamagitan ng convective mass transfer. Ang tiyak na pattern ng alkalina na electrolyte sirkulasyon ay maaaring bahagyang makontrol ang paghahalo ng gas sa pamamagitan ng convective mass transfer.

Ang mekanismo ng paglipat ng masa ay ang transportasyon ng gas-saturated alkaline electrolyte sa pamamagitan ng porous membrane na hinimok ng pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng katod at anode.

Ang molar hydrogen permeation flux density (mol · s-1 · cm-2) na sanhi ng ganap na pagkakaiba sa presyon (bar) sa buong kapal ng lamad D (cm) ay maaaring ipahayag ng mga sumusunod na equation:

Ang H2 Gas Permeation Rate.

Ang K ay kumakatawan sa pagkamatagusin ng electrolyte (CM²), na pangunahing tinutukoy ng average na laki ng butas ng lamad. η ang lapot ng electrolyte (bar · s), ang SH2 ay ang solubility ng H2 gas sa electrolyte (mol · m-3 · bar-1), at ay ang H2 bahagyang presyon sa cathode side (bar).

Ang mga equation na ito ay nagpapakita na ang pagsasabog ng paglipat ng masa ay pangunahing apektado ng mga katangian ng lamad, electrolyte permeability (K), at kapal ng separator d. Ang average na laki ng butas ng serye ng Zirfon UTP 500 ay 150nm, na inaasahang payagan ang gas-saturated electrolyte na tumagos sa lamad, na nagreresulta sa mas mababa sa perpektong pagkamatagusin ng gas. Ang pag -unlad ng mga dayapragms na may mas maliit na laki ng butas ay maaaring mabawasan ang pagsasabog ng masa ng paglipat.

Habang tumataas ang presyon ng operating, ang transportasyon ng mga electrolyte na saturated ng gas sa pamamagitan ng dayapragm ay tumataas din dahil kapwa ang ganap na pagkakaiba sa presyon at ang solubility ng H2 gas sa pagtaas ng electrolyte. Samakatuwid, ang bahagyang saklaw ng pag-load ng mga pressurized alkaline system (40%-100%) ay mas makitid kaysa sa mga sistema ng mababang presyon (20%-100%).

Buod:

Hydrogen crossover: Pangunahing nakakaapekto sa kahusayan ng produksyon ng hydrogen at kahusayan ng enerhiya ng electrolyzer. Ang matinding crossover ng hydrogen ay binabawasan ang output ng hydrogen at pinatataas ang pagkonsumo ng enerhiya.

Hydrogen pagkamatagusin: direktang nakakaapekto sa paggawa ng hydrogen at kaligtasan ng electrolyzer. Ang mataas na pagkamatagusin ay humahantong sa basura ng hydrogen, mas mababang kahusayan sa paggawa ng hydrogen, at potensyal na pinsala sa lamad sa paglipas ng panahon.