PEM Electrolyzer זרימת אלקטרונים ומתח בתצורות-יחידות תא ומספר תאים (מחסנית)

הבנת העקרונות הבסיסיים של זרימת אלקטרונים וסיכום מתח היא קריטית לאופטימיזציה של התכנון, היעילות והמדרגיות של אלקטרוליזרי מים של פרוטון חילופי קרום (PEM) לייצור מימן ירוק. מאמר זה מספק פירוט ברור ושיטתי של נתיב הזרם האלקטרוליטי וההתנהגות החשמלית, תוך ניגוד הפעולה של מכלול אלקטרודות ממברנה בודדת (MEA) לזו של מחסנית מחוברת סדרתית-תעשייתית. נתאר כיצד אלקטרונים, המשתחררים באנודה במהלך תגובת התפתחות החמצן (OER), מוליכים דרך מעגל חיצוני ולוחות דו-קוטביים -לא היון-מוליך PEM עצמו-בזמן שהפרוטונים נודדים אל הקתודה לצורך תגובת התפתחות המימן (HER). הניתוח יראה במפורש כיצד מתחי תא בודדים, הכוללים את המתח הפיך התרמודינמי, פוטנציאלים קינטיים קינטיים והפסדים אוהם, מתווספים באופן ליניארי בתצורת מחסנית, בעוד שצפיפות הזרם נשארת קבועה. שליטה במושגי הליבה הללו של הובלת מטען ומעגלים סדרתיים חיונית למהנדסים ולמפתחים שמטרתם לשפר את ביצועי הערימה, להפחית את צריכת האנרגיה הספציפית ולהשיג יצירת מימן-חסכונית ובעלת{10}}טוהר גבוהה.

• בתא PEM בודד:

אנודה (צד חמצן):

אלקטרונים משתחררים.

קתודה (צד מימן):

נתיב אלקטרונים:

אנודה → מעגל חיצוני → קתודה

זה פשוט.

• המרכיב העיקרי הוא הלוח הדו-קוטבי.

ללוח דו קוטבי יש שני פנים:

צד אחד הוא הקתודה של תא N

הצד השני הוא האנודה של תא N+1

והוא מוליך אלקטרונים ביניהם.

✔ אז נתיב האלקטרונים בערימה הופך ל:

אלקטרון מאנודת תא 1

→ זורם דרך מעגל חיצוני / צלחת דו קוטבית

→ נכנס לאנודה של תא 2

→ זורם לקתודה של תא 2

→ הצלחת הדו קוטבית הבאה

→ אנודה של תא 3

→ … וכן הלאה

אלקטרונים אינם עוברים דרך הממברנה (ה-PEM מעביר רק H⁺, לא e⁻).

אז אלקטרונים מזיזים תא-לתא- לאורך הלוחות הדו-קוטביים, לא דרך האלקטרוליט.

• כֵּן.

בחיבור סדרתי, המתחים מוסיפים באופן ליניארי:

אם כל תא פועל ב-0.7 V, אז ערימה של 3 תאים היא:

במערכות אמיתיות אתה מוסיף הפסדים (אוהם, פוטנציאל יתר, התנגדות למגע), אבל העיקרון נשאר:

מתח מחסנית כולל ≈ (מספר תאים) × (מתח תא-יחיד)

• כֵּן.

במעגל סדרתי:

הזרם זהה בכל תא, והוא נקבע על ידי התא עם הביצועים החלשים ביותר.

כָּך:

• מתח מוסיף
• הזרם נשאר זהה

בדיוק כמו סוללות מחוברות בסדרה.

בערימת אלקטרוליזר PEM, אלקטרונים זורמים מהקתודה של תא אחד לאנודה של התא הבא דרך הלוחות הדו-קוטביים. המתחים של כל התאים מסתכמים, בעוד זרם המחסנית זהה לזרם בכל תא בודד.

צור קשר עכשיו