Elektronski pretok in napetost elektrolizatorja PEM v konfiguracijah eno-celične in večcelične serije (sklad)

Razumevanje temeljnih principov seštevanja toka elektronov in napetosti je ključnega pomena za optimizacijo zasnove, učinkovitosti in razširljivosti vodnih elektrolizatorjev s protonsko izmenjevalno membrano (PEM) za proizvodnjo zelenega vodika. Ta članek zagotavlja jasno, sistematično razčlenitev poti elektrolitskega toka in električnega obnašanja, pri čemer je delovanje enomembranskega elektrodnega sklopa (MEA) v nasprotju s serijsko-povezanim skladom v industrijskem obsegu. Pojasnili bomo, kako se elektroni, ki se sprostijo na anodi med reakcijo sproščanja kisika (OER), vodijo skozi zunanje vezje in bipolarne plošče-ne ion-prevodni PEM sam-, medtem ko protoni migrirajo na katodo za reakcijo sproščanja vodika (HER). Analiza bo eksplicitno pokazala, kako se napetosti posameznih celic, ki vključujejo termodinamično reverzibilno napetost, kinetične prenapetosti in ohmske izgube, linearno seštevajo v konfiguraciji sklada, medtem ko gostota toka ostaja konstantna. Obvladovanje teh temeljnih konceptov prenosa naboja in serijskega vezja je bistvenega pomena za inženirje in razvijalce, ki želijo izboljšati zmogljivost sklada, zmanjšati specifično porabo energije in doseči stroškovno{9}}učinkovito proizvodnjo vodika visoke-čistosti.

• V eni celici PEM:

Anoda (kisikova stran):

Elektroni se sproščajo.

Katoda (vodikova stran):

Elektronska pot:

Anoda → zunanje vezje → katoda

To je preprosto.

• Ključna komponenta je bipolarna plošča.

Bipolarna plošča ima dve strani:

Ena stran je katoda celice N

Druga stran je anoda celice N+1

In med njimi prevaja elektrone.

✔ Torej pot elektronov v skladu postane:

Elektron iz anode Cell 1

→ teče skozi zunanji tokokrog / bipolarno ploščo

→ vstopi v anodo celice 2

→ teče na katodo celice 2

→ naslednja bipolarna plošča

→ Anoda celice 3

→ … in tako naprej

Elektroni NE gredo skozi membrano (PEM prenaša samo H⁺, ne e⁻).

Elektroni se torej premikajo od-celice do-celice vzdolž bipolarnih plošč, ne skozi elektrolit.

• ja

Pri zaporedni povezavi se napetosti seštevajo linearno:

Če vsaka celica deluje pri 0,7 V, potem je 3-celični sklad:

V resničnih sistemih dodate izgube (ohmske, prenapetostne, kontaktni upor), vendar načelo ostaja:

Skupna napetost sklada ≈ (število celic) × (napetost ene -celice)

• ja

V serijskem vezju:

Tok je skozi vsako celico enak in ga določa celica z najšibkejšim delovanjem.

torej:

• Napetost dodaja
• Trenutni ostaja enak

Tako kot zaporedno povezane baterije.

V skladu elektrolizatorjev PEM tečejo elektroni od katode ene celice do anode naslednje celice skozi bipolarne plošče. Napetosti vseh celic se seštejejo, tok sklada pa je enak toku v vsaki posamezni celici.

Kontaktirajte zdaj