Get best of the week

فرق تسد: تحسين التحليل الكهربائي للماء



واحدة من أشهر الصيغ الكيميائية التي عرفناها منذ اليوم الدراسي هي H 2O هو أكسيد الهيدروجين ، أي الماء. بدون هذه المادة التي تبدو بسيطة ، فإن الحياة على كوكبنا ستكون مختلفة تمامًا ، على الإطلاق. بالإضافة إلى وظائفه التي تمنح الحياة ، فإن الماء له استخدامات أخرى عديدة ، من بينها تسليط الضوء على إنتاج الهيدروجين (H). واحدة من طرق تحقيق ذلك هي التحليل الكهربائي للماء ، عندما يتم تقسيمه إلى مكونات ، أي للأكسجين والهيدروجين. هذه طريقة معقدة إلى حد ما ومكلفة لكنها فعالة. ومع ذلك ، لا يوجد شيء في العالم لا يرغب العلماء في تحسينه. وجد فريق من الباحثين من جامعة واشنطن ومختبر لوس ألاموس الوطني طريقة لتحسين التحليل الكهربائي للمياه ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة سلوكه دون تقليل النتيجة. ما هي التغييرات التي يجب إدخالها في التحليل الكهربائي للماء ، لماذا تم استخدام هذه أو تلك المواد ،وما النتائج التي تظهرها طريقة إنتاج الهيدروجين المحدثة؟ هذا سيخبرنا بتقرير العلماء. اذهب.

أساس الدراسة


يعد الهيدروجين من نواح كثيرة عنصرًا فريدًا: فهو الأخف بين عناصر الجدول الدوري ، ونسخته الأحادية هي المادة الأكثر شيوعًا في الكون. بالإضافة إلى ذلك ، يعد الهيدروجين عنصرًا وديًا للغاية يعمل على تكوين روابط تساهمية بسهولة مع معظم المعادن غير المعدنية. في الطبيعة ، نجد الهيدروجين في كثير من الأحيان في تكوين مادة ، بما في ذلك الماء ، بدلاً من القول لوحده.

في الظروف العادية ، الهيدروجين هو غاز عديم الرائحة والمذاق مع الصيغة الكيميائية H 2 . يحتوي أيضًا على مكافئ سائل - هيدروجين سائل ، على الرغم من أنه ليس شائعًا في ثقافة الكتلة مثل النيتروجين السائل ، إلا أنه ليس أقل تطرفًا من حيث درجة الحرارة: نقطة التجمد −259.14 درجة مئوية ؛ نقطة الغليان −252.87 درجة مئوية.

سيستغرق الأمر الكثير من الوقت لسرد جميع التطبيقات المحددة للهيدروجين ، حيث أنه يلعب دورًا نشطًا في مختلف مجالات الإنتاج: معالجة الطعام ، المعادن ، الإلكترونيات ، الأمونيا ، إلخ. ناهيك عن استخدام الهيدروجين كوقود صاروخي.

هناك أيضًا عدة طرق لإنتاج الهيدروجين: من الغاز الطبيعي والفحم ومن خلال التحليل الكهربائي للماء. وفقًا لتقدير تقريبي ، يتم استخدام حوالي 70 مليون طن سنويًا في العالم ، يتم إنتاج 100.000 طن فقط من خلال التحليل الكهربائي.

ويرجع هذا "التمييز" المنهجي إلى تعقيد وتكلفة التحليل الكهربائي بالتزامن مع الأحجام الناتجة من الهيدروجين مقارنة بالطرق الأخرى. ومع ذلك ، هناك دائمًا فرصة للتحسين ، والتي سيتم مناقشتها لاحقًا ، ولكن حول كل شيء بالترتيب.

القوة الدافعة للتحليل الكهربائي للماء لتقسيمه إلى الأكسجين والهيدروجين هي الكهرباء. وفقا للعلماء ، فإن التحليل الكهربائي في درجة حرارة منخفضة للمياه له أهمية خاصة لقطاع الطاقة المتجددة ، لأن هذه الطريقة يمكن أن تسمح بتخزين الكهرباء من مصادر متجددة في الروابط الكيميائية في شكل هيدروجين عالي النقاء.

في التحليل الكهربائي بدرجة حرارة منخفضة ، محلول مركز من هيدروكسيد البوتاسيوم ، غشاء تبادل البروتون (بيم منغشاء تبادل البروتون ) أو غشاء تبادل الأنيون القلوي (AEM من غشاء تبادل الأنيون القلوي ).

الميزة الرئيسية للتحليل الكهربائي AEM على الخيارات الأخرى هي تكلفته. أي ، من أجل تنفيذه ، ليست هناك حاجة لاستخدام معادن مجموعة البلاتين (PGM من معادن مجموعة البلاتين ) كمحفزات. ومع ذلك ، هناك دائمًا صيد ، في هذه الحالة ، عدم استقرار الطريقة القلوية ، بسبب حساسيتها لانخفاض الضغط وانخفاض معدل إنتاج الهيدروجين.

في المحلل الكهربائي القلوي التقليدي (وحدة التحليل الكهربائي) ، يدور المحلول الكهربائي القلوي السائل (30-40 بالوزن ٪ KOH) عبر أقطاب كهربائية مفصولة بغشاء مسامي ( 1 أ ).


الصورة رقم 1: مخطط التحليل الكهربائي بدرجة حرارة منخفضة للمياه.

يعمل هذا الأسلوب في مناطق ذات كثافة الحالية من 300-400 مللي أمبير سم -2 عند درجة حرارة 60-90 ° C والجهد من 1،7-2،4 V. العلماء أيضا ملاحظة أن KOH السائل حساس جدا إلى CO 2 ، الذي هو وفرة في الهواء، وتشكيل نتيجة K 2 ثاني أكسيد الكربون 3 . هذه العملية، في المقابل، يقلل من رد فعل أنودي والموصلية الأيونية، وما ينجم عنها من K 2 CO 3 يترسب في المسام من طبقة نشر الغاز، ومنع نقل أيون. الاستنتاج بسيط للغاية - يتم تقليل أداء التحليل الكهربائي على أساس KOH بسبب خصائصه ، التي يصعب للغاية التحكم فيها.

بدلاً من ذلك ، يمكن أن تعمل المحللات الكهربائية القائمة على أغشية التبادل الأيوني ، والتي يمكن أن تستبدل بالكهرباء السائلة بإلكتروليت بوليمر. تعمل أجهزة التحليل الكهربي PEM عادة بكثافات تيار أعلى (1-3 أ سم -2 عند ~ 2.0 فولت) من أجهزة التحليل الكهربائي القلوية ، لأن غشاء تبادل البروتون له موصلية أعلى. ( 1 ب ).

إن استخدام الشوارد الصلبة في التحليل الكهربائي للماء PEM يجعل من الممكن إنشاء نظام مضغوط مع خصائص هيكلية طويلة الأمد ومستقرة عند قطرات الضغط العالي (200-400 رطل لكل بوصة مربعة). ولكن حتى هذه الطريقة لها عيوبها ، على وجه الخصوص ، التكلفة العالية لتركيب التحليل الكهربائي ، بسبب المعدات المقاومة للحمض باهظة الثمن والحاجة إلى معادن مجموعة البلاتين.

كانت هناك عدة تغييرات في التحليل الكهربائي لوزراء اقتصاد الآسيان على مدى السنوات القليلة الماضية. واحدة من أهمها هي إنشاء البوليمر AEM ( 1c ). يجمع التحليل الكهربائي القلوي AEM بين العديد من مزايا الطرق الأخرى: القدرة على استخدام المحفزات بدون PGM ؛ القدرة على استخدام الماء النقي أو محلول قلوي منخفض التركيز بدلاً من الشوارد القلوية المركزة ؛ خسائر أومية منخفضة بسبب الموصلية العالية و AEM الرقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح تصميم الغشاء للتثبيت بالعمل بقطرات ضغط كبيرة ، ويقلل أيضًا من أبعاده ووزنه. ناهيك عن تخفيض تكلفة هذا الجهاز.

هناك العديد من المزايا ، ليس لديك وقت للإعجاب ، ولكن هناك أيضًا عيوب. العيب الكبير في التحليل الكهربائي القلوي AEM هو حقيقة استخدام الكهارل القلوية المركزة المسببة للتآكل. إذا كنت تستخدم الماء النقي ، فسيكون الأداء صغيرًا بشكل مثير للسخرية (400 مللي أمبير سم -2 عند 1.8 فولت).

قرر العلماء في دراستهم محاولة التخلص من بعض أوجه القصور في هذه الطريقة ، مما يجعلها أكثر جاذبية للإنتاج الضخم للهيدروجين. وجد الباحثون أن التركيز العالي لمركبات الأمونيوم الرباعية ضروري لزيادة نشاط تفاعلات تطور الهيدروجين والأكسجين في المحلل الكهربي AEM. كما وجد أن مجموعات الفينيل في السلسلة الرئيسية للأيونومر * يكون لها تأثير سلبي ، وتشكيل الفينولات الحمضية في إمكانات أنود عالية.
Ionomer * - بوليمرات تتكون من وحدات مركبة محايدة كهربائياً ومتأينة مرتبطة تساهميًا مع العمود الفقري للبوليمر على شكل مجموعات جانبية من الذرات.
بشكل عام ، كان العلماء قادرين على تطوير أيونومرات البوليسترين بدرجة عالية من التثبيط * ، مما جعل من الممكن إنشاء محلل كهربائي AEM ، والذي يمكن مقارنته بأدوات التحليل الكهربي PEM الحديثة.
Quaternization * هو تحويل مركبات عناصر المجموعة الخامسة عشرة (N ، P ، As ، Sb) ، التي تحتوي ذراتها على زوج إلكترون حر ، إلى أملاح ربعية عند التفاعل مع كواشف من نوع RX (X هي مجموعة أنيونية).

نتائج البحث


قبل أن تفهم ما هو قادر على التحليل الكهربائي المتقدم AEM ، كان من الضروري تحديد ما لا يستطيع ، أي معرفة العوامل التي تحد من أدائه. للقيام بذلك ، أجريت التجارب مع قطب قرص دوار (RDE من قطب قرص دوار ). توفر تجارب RDE معلومات حول المتطلبات المختلفة للكهارل المستخدمة في خلايا الوقود وخلايا التحليل الكهربائي عن طريق قياس تفاعل تطور الأكسجين (OER) ، تفاعل تطور الهيدروجين (HER) ، تفاعل اختزال الأكسجين (ORR) ، وتفاعل أكسدة الهيدروجين (HOR).


شكل رقم 2: تأثير تركيز NaOH (هيدروكسيد الصوديوم) على نشاط الحفازات الكهربائية

توضح الرسوم البيانية أعلاه منحنيات الاستقطاب OER باستخدام IrO 2و HER باستخدام قطب كهربائي بلاتيني متعدد البلورات (Pt poly) اعتمادًا على تركيز NaOH. زاد نشاط OER و HER للمحلل الكهربائي AEM بشكل ملحوظ مع زيادة تركيز NaOH من 0.01 م (الرقم الهيدروجيني = 12) إلى 1 م (الرقم الهيدروجيني = 14). يُظهر نشاط HOR لـ Pt poly أقصى نشاط عند تركيز NaOH قدره 0.02 م (يُدرج في 2 ب ). كان فقدان نشاط HOR عند تركيز NaOH أعلى (> 0.1 M) مصحوبًا أيضًا بكثافة تيار أقل تحد من الانتشار.

يتم تفسير انخفاض نشاط HOR لـ Pt poly بمحلول NaOH مركز عن طريق الامتصاص المشترك التراكمي لهيدروكسيد الماء ، مما يحد من وصول الهيدروجين إلى سطح المحفز. ومع ذلك ، لا يؤثر الامتزاز المشترك على نشاط HER و OER ، حيث يحدث الامتزاز من 0 إلى 0.9 V. أظهر تأثير تركيز NaOH على نشاط ORR Pt poly اتجاهًا مشابهًا لـ HOR.

زاد نشاط ORR لـ Pt poly مع زيادة تركيز NaOH من 0.01 إلى 0.1 M ، ثم بدأ في الانخفاض مع زيادة أخرى في تركيز NaOH إلى 1 M.

تشير النتائج التجريبية إلى أن تركيز هيدروكسيد الأمونيوم المطلوب لمحللات التحليل الكهرومغناطيسي وخلايا وقود AEM يمكن أن يكون مختلف. بالنسبة للمحللات الكهربائية AEM ، أيونومر مع قدرة تبادل أيوني أعلى (IECسعة التبادل الأيوني ). أيونومر مع IEC متوسط ​​أكثر ملاءمة لخلايا وقود AEM ، لأن الأيونات الأيونية ذات IEC الأعلى تسبب نقلًا محدودًا للغاز بسبب الامتصاص المشترك غير المرغوب فيه لماء الكاتيون - هيدروكسيد الماء.

ثم قرر العلماء معرفة ما يجب أن يكون أيونومر لمحللات التحليل الكهربي AEM. أظهرت التجارب على RDE أن توفير ظروف درجة حموضة عالية (> 13) في الأقطاب الكهربائية أمر مهم لإنشاء محللات كهربائية AEM عالية الكفاءة.

يوجد حاليًا مشكلتان حرجتان يمكن أن تحد من بيئة الأس الهيدروجيني العالية في خلايا AEM.

المشكلة الأولى هي وجود مجموعات الفينيل في السلسلة الرئيسية للأيونومر. أظهرت دراسة سابقة أن مجموعة الفينيل في السلسلة الرئيسية للأيونومر يمكن أن تتأكسد في إمكانات الموارد التعليمية المفتوحة وتشكل مركب فينولي حمضي (pK a = 9.6). لسوء الحظ ، تحتوي معظم الأيونات القلوية المستقرة على مجموعات فينيل في تركيبها.

وبالتالي ، فإن المحلل الكهربائي AEM الذي يستخدم أيونومرات تحتوي على مجموعة فينيل عرضة بطريقة ما لتكوين الفينول.

في جانب أكسدة مجموعة الفينيل ، تم اكتشاف العديد من الميزات الهامة للغاية. يرتبط معدل تكوين الفينول بطاقة الامتزاز لمجموعة الفينيل على سطح محفزات OER ، ومجموعات الفينيل غير المستبدلة في السلسلة الجانبية البوليمرية لها تأثير أكثر ضررًا مقارنة بمجموعة فينيل المستبدلة من الأمونيوم.

يؤثر هيكل وحجم شظايا العمود الفقري في المركبات العطرية المتعددة بقوة على امتزاز الفينيل ، في حين تُظهر مجموعة فينيل ذات الوظائف الجانبية طاقة امتزاز أقل بكثير بسبب امتزاز منافس مع مجموعات الأمونيوم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لمحفزات البلاتين ثنائية المعدن (على سبيل المثال ، PtRu و PtNi و PtMo) تقليل طاقة امتصاص الفينيل بشكل فعال.

المشكلة الثانية هي التركيز المنخفض للمجموعات الوظيفية من هيدروكسيد الأمونيوم في الأيونات التبادلية الأنيونية. عادة ما تكون قيمة IEC للأيونومرات الكلاسيكية لتبادل الأيونات التي تم تطويرها لخلايا وقود AEM حوالي 1.5 ميكروجرام ز -1 (مكافئ - ملي مكافئ). بالنسبة للأيونومر ، يكون تركيز الأمونيوم المقدر في القطب المملوء بالماء منخفضًا نسبيًا (~ 0.1 م). ويقلل التوزيع غير المتجانس للأيونومر في القطب من فعالية التفاعل وموصلية الهيدروكسيد. لذلك ، يجب أن تكون الأيونات الأيونية الأعلى IEC مفيدة لزيادة أداء المحلل الكهربائي AEM.

ومع ذلك ، فإن أحدهما يسحب الآخر ، حيث يجب مراعاة العديد من المعايير لتوليف أيونومر ذو IEC مرتفع.

أولاً ، هناك قيود على الحد الأقصى لعدد مجموعات الأمونيوم لكل مركب بوليمر (مجموعة الذرات التي يتكون منها البوليمر).

ثانيًا ، غالبًا ما تخضع الأيونات الأيونية العالية للتبادل الأيوني IEC إلى تفاعلات متشابكة أثناء عملية التشغيل ، مما يعقد المزيد من المعالجة.

وثالثًا ، عندما يتم تصنيع أيونات التبادل الأيوني مع ارتفاع IEC ، غالبًا ما تصبح قابلة للذوبان في الماء ، وهو غير مناسب للاستخدام في الأقطاب الكهربائية.

شئنا أم أبينا ، لن يكون من السهل تجاوز كل هذه القيود. ومع ذلك ، وبناءً على البيانات المذكورة أعلاه ، أعد العلماء العديد من أيونومرات البوليسترين المجهزة بثالث ميثيل أمينونيوم ( 3 أ ).


شكل رقم 3: التركيب الكيميائي للمواد البوليمرية المستخدمة في الدراسة.

تمتلك الأيونومرات التي تم إنشاؤها خصائص فريدة إلى حد ما مقارنة بمجلدات الأيونومر التقليدية المطورة لخلايا وقود AEM.

أولاً ، لا تحتوي سلسلة البوليمر الأليفاتية الرئيسية على مجموعة فينيل. غياب مجموعة فينيل في العمود الفقري البوليمر يستبعد إمكانية امتزاز فينيل وتشكيل حمض الفينول.

ثانيًا ، لا يحتوي العمود الفقري للبوليمر على سلاسل ألكيل غير أيونية طويلة يمكن أن تقلل من قابلية البوليمر للذوبان.

ثالثًا ، تحتوي جميع مجموعات الفينيل في السلاسل الجانبية على مجموعات أمونيوم أو أمين مستبدلة ، مما يقلل من امتزاز مجموعات الفينيل ويساعد في الحفاظ على درجة حموضة عالية.

عند الانتهاء من توليف الأيونات ، وجد أن IEC يختلف في النطاق من 2.2 إلى 3.3. بالنسبة لـ AEM ، تم إعداد HTMA-DAPP ، أي يعمل Diels-Alder polyphenylene مع hexamethyltrimethylammonium ( 3b ). كانت موصلية هيدروكسيد HTMA-DAPP 120 مللي ثانية / سم عند 80 درجة مئوية (مللي ثانية - ملي سيمنز ؛ سيمنز - وحدة الموصلية الكهربائية).

يوفر العمود الفقري للبوليفينين في البوليمر عالي الوزن الجزيئي HTMA-DAPP قوة ميكانيكية ممتازة (إجهاد الشد> 20 ميجا باسكال عند رطوبة نسبية 90٪ عند 50 درجة مئوية). لكن البوليسترين الرباعي هش للغاية بحيث لا يمكن إنشاء أغشية ، وبالتالي فهو غير مناسب للتطبيقات التي تحتوي على محلل AEM مائي ، والذي يتطلب AEM مستقرًا ميكانيكيًا.

كما أن الثبات القلوي لـ HTMA-DAPP مرتفع جدًا أيضًا: الحد الأدنى من التحلل لأكثر من 3000 ساعة في 4 مولار NaOH عند 80 درجة مئوية. يضمن هذا المؤشر اختبارات التحليل الكهربائي AEM عند درجة حرارة تشغيل تبلغ 85 درجة مئوية.

في ظروف استخدام الماء النقي ، يُظهر قطب الغشاء كثافة تيار تبلغ 107 مللي أمبير سم -2 عند 1.8 فولت و 60 درجة مئوية. إذا أضفت 0.1 M NaOH إلى الماء ، فإن المؤشرات تزيد 3.5 مرة إلى 376 مللي أمبير سم -2 عند 1.8 فولت و 60 درجة مئوية.

إذا زادت درجة حرارة التشغيل عند استخدام الماء النقي إلى 85 درجة ، فستزداد الكثافة الحالية في المحلل الكهربائي إلى 224 مللي أمبير سم -2 .


شكل 4: تأثير الأيونوميرات على أداء AEM.

على الرسم البياني 4 أأظهر تقدم في تحسين أداء المحلل الكهربائي بسبب الأيونومر المدروس.

للحصول على هذا التحسين ، كان من الضروري أولاً تحديد المحتوى المطلوب من الأيونومر بدقة. ونتيجة لذلك ، كانت الكثافة الحالية للقطب الغشائي بنسبة 9٪ بالوزن من الأيونومر (أعلى مرتين من القيمة الأساسية) 405 مللي أمبير سم -2 في 1.8 فولت (منحنى أحمر) ، وهي أعلى 1.8 مرة من القيمة الأساسية للقطب الغشائي (MEA).

بعد ذلك ، تم تنفيذ تكامل القطب الغشائي وأيونات ثلاثي ميثيل أمين (CH3) 3N ، والتي أظهرت قيم IEC أعلى في محتوى أيونومر أعلى. زاد أداء MEA باستخدام TMA-53 (IEC = 2.6) بشكل ملحوظ (منحنى أزرق). عند 1.8 فولت ، كانت الكثافة الحالية 791 مللي أمبير سم -2، وهو أكثر مرتين من MEA مع TMA-45. زادت الكثافة الحالية عند 1.8 فولت MES مع TMA-62 (منحنى أرجواني) و TMA-70 (منحنى أخضر) بالإضافة إلى 860 و 1360 مللي أمبير سم -2 ، على التوالي. كانت الكثافة الحالية لـ MEA مع TMA-70 أعلى 1.7 مرة من MEA مع TMA-53 ، وأعلى بـ 6 مرات من كثافة MEA الأساسية عند 1.8 V.

بالإضافة إلى تأثير الأيونومرات على أداء المحلل الكهربائي ، درس العلماء أيضًا تأثير مجموعة الفينيل في أيونومر ( 4 ب ). لهذا ، تم إجراء التجارب التي تم فيها مقارنة اثنين من MEA ، وهما نفس الشيء ، باستثناء قطب الربط. القطب الأول هو MEA مع HTMA-DAP ، والثاني مع TMA-53. كان محتوى الأيونات (9٪ بالوزن) وقيمة IEC (2.6) لكلا القطبين هي نفسها أيضًا.

عند استخدام إلكتروليت NaOH 0.1 M ، كان أداء المحلل الكهربائي مشابهًا جدًا لكلا القطبين: 954 مللي أمبير سم -2 لـ HTMA-DAPP MEA و 1.052 مللي أمبير سم -2 لـ TMA-53 MEA. ومع ذلك ، إذا تم استخدام الماء النقي ، فإن MEA مع TMA-53 (630 مللي أمبير سم -2 ) أظهر أداء أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بـ MEA مع DAPP-HTMA (484 مللي أمبير سم -2 ).

تشير ملاحظات مماثلة إلى أن تشغيل الخلية أقل حساسية ل 0.1 M NaOH. يمكن تفسير ذلك بحقيقة أن الفينولات الحمضية من أكسدة مجموعة الفينيل تم تحييدها بمحلول قلوي.

علاوة على ذلك ، تم إجراء دراسة أكثر تفصيلاً لخصائص MEA مع TMA-70 باستخدام محفزات لا تحتوي على معادن مجموعة البلاتين. تم استخدام محفز يعتمد على NiFe nanofoam كأنود.

التحقق من خصائص MEA بمحتوى مختلف من الأيونات في محفز NiFe الأنود جعل من الممكن تحديد أن 20 بالوزن٪ محتوى أيونومر هو الأكثر فعالية.


الصورة رقم 5: قدرة AEM لخلية إلكتروليتية بمحفز أنود بدون استخدام معادن مجموعة البلاتين.

يوضح الرسم البياني أعلاه مؤشرات الأداء للمحلل الكهربائي AEM مع محفز NiFe الأنود تحت ظروف توريد 1 م و 0.1 م من محاليل NaOH (60 درجة مئوية) والمياه النقية (85 درجة مئوية) عند 1.8 فولت: 5.3 أمبير سم -2 (1 مولار NaOH) ؛ 3.2 سم -2(0.1 م ناوه) ؛ 2.7 سم -2 (ماء صاف).

علاوة على ذلك ، لمزيد من الوضوح ، تمت مقارنة أداء MEA مع محفز NiFe الأنود بخصائص الخلية الإلكتروليتية بغشاء التبادل البروتوني (PEM) باستخدام المحفزات المعدنية لمجموعة البلاتين.

في المنطقة الحركية بجهود أقل من 1.58 فولت ، تجاوزت MEA مع محفز NiFe المحلل الكهربائي PEM (أدخل في الصورة رقم 5). إذا كان بمزيد من التفصيل ، عند 1.5 فولت ، كانت الكثافة الحالية MEA 300 مللي أمبير سم -2 ، وهذا أعلى مرتين من المحلل الكهربائي PEM ، حيث يتم استخدام IrO 2 (أكسيد إيريديوم) والأغشية الرقيقة ذات البنية النانوية.


شكل 6: مؤشرات القوة لخلايا التحليل الكهرومغناطيسي AEM مع محفز NiFe.

من بين أمور أخرى ، قرر العلماء أيضًا اختبار قوة المحلل الكهربائي في AEM في الماء النظيف. يوضح 6a اختبار قوة قصير المدى لـ AEM لمحلل كهربائي بمحفز NiFe بكثافة تيار ثابت تبلغ 200 مللي أمبير سم -2 . في كل من 60 و 85 درجة مئوية ، زاد الجهد بسرعة على مدى 10 ساعات تقريبًا.

وجد أن جزيئات المحفز تم غسلها من مجاري المخرج الأنودي والكاثودي. قد يشير هذا إلى أن أيونومر IEC عالي (TMA-70) لم يحتفظ بجزيئات المحفز أثناء التشغيل المستمر.

يمكن تحقيق زيادة في قوة الربط الأيوني باستخدام نفس الأيوني مع IEC أقل عند 60 درجة مئوية.

في 6 بيظهر اختبار قوة قصير المدى لمحلل كهربائي AEM باستخدام TMA-53 أيونومر. أظهرت النتائج بوضوح أن النظام يعمل بشكل مستقر لأكثر من 100 ساعة بعد الزيادة الأولية في الجهد من 1.75 إلى 2.1 فولت. ربما ترجع الزيادة الأولية في الجهد خلال الأربعين ساعة الأولى إلى أكسدة فينيل.

الاستنتاج محزن للغاية - على الرغم من أن النظام يظهر نتائج ممتازة من حيث الأداء ، إلا أنه لا يستطيع أن يتباهى بنفس الشيء من حيث المتانة.

للحصول على معرفة أكثر تفصيلاً بالفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصيك بالنظر في تقرير العلماء .

الخاتمة


في هذا العمل ، أظهر الباحثون نموذجًا لنظام الموثق للأقطاب الكهربائية التي يمكن أن تزيد من أداء المحلل الكهربائي AEM. هذا الخيار في خصائصه ليس أقل شأنا من المحلل الكهربائي الحديث PEM ، في حين أنه لا يحتاج إلى معادن مجموعة البلاتين ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة النظام بأكمله.

تم تصنيع رابط للأقطاب بناءً على نتائج التجارب مع قطب قرص دوار ، والذي أظهر أهمية درجة الحموضة المحلية العالية لتفاعل الهيدروجين الفعال وتفاعل الأكسجين.

إزالة مجموعات الفينيل من العمود الفقري البوليمر يمنع تكوين الفينولات الحمضية ، والتي يمكن أن تحييد هيدروكسيد الأمونيوم الرباعي وخفض درجة الحموضة من المنحل بالكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحقيق زيادة الأس الهيدروجيني للأقطاب عن طريق زيادة محتوى الأيونومر و IEC.

أظهر المحلل الكهربائي AEM الذي يستخدم أيونومير بوليسترين أمونيوم رباعي الأداء الممتاز حتى بدون محلول قلوي متداول.

بالطبع ، كانت هناك بعض العيوب. في المستقبل ، يعتزم العلماء إجراء عدد من الدراسات الإضافية لتحسين أداء النظام المطور وزيادة متانته.

في المجموع ، تعتبر جميع الملاحظات التي تم النظر فيها معلومات إضافية في مجال تطوير أنظمة عالية الكفاءة للمحللات الكهربائية ، وتسمح لنا أيضًا بفهم كيفية تخزين الطاقة المتجددة بشكل أكثر كفاءة.

كما يقول مؤلفو الدراسة أنفسهم ، فإن الخلاصة هي أن مصادر الطاقة المتجددة غير مستقرة للغاية. لنفس الفترة الزمنية ، يمكنك الحصول على كمية مختلفة من الطاقة ، لأنه يمكن أن تكون هناك ظروف مختلفة (على سبيل المثال ، مولد الرياح لا يعمل بشكل فعال للغاية في الطقس الهادئ). ومع ذلك ، في بعض الأحيان يكون هناك فائض من الطاقة التي يجب التخلص منها بكفاءة. يعتقد مؤلفو هذا العمل أن استخدام هذه الطاقة المتجددة ضروري لإنتاج الهيدروجين ، الذي تزداد الحاجة إليه من عام لآخر فقط.

شكرا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين وأتمنى لكم أسبوع عمل جيد يا رفاق. :)

القليل من الدعاية :)


أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك VPS القائم على السحابة للمطورين من $ 4.99 ، وهو نظير فريد من نوعه لخوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة عن VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 نوى) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps من $ 19 أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا و 40 جيجابايت DDR4).

Dell R730xd أرخص مرتين في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV من 199 دولارًا في هولندا!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - من 99 دولار! اقرأ عن كيفية بناء مبنى البنية التحتية الفئة c باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟

More articles:


All Articles