Il-fehim tal-prinċipji fundamentali tal-fluss tal-elettroni u t-total tal-vultaġġ huwa kritiku għall-ottimizzazzjoni tad-disinn, l-effiċjenza u l-iskalabbiltà tal-elettrolizzaturi tal-ilma tal-Proton Exchange Membrane (PEM) għall-produzzjoni tal-idroġenu aħdar. Dan l-artikolu jipprovdi tqassim ċar u sistematiku tal-mogħdija tal-kurrent elettrolitiku u l-imġieba elettrika, li jikkuntrasta l-operat ta 'assemblaġġ ta' elettrodu tal-membrana waħda (MEA) ma 'dak ta' munzell konnessi f'serje-skala industrijali-. Se niddelinejaw kif l-elettroni, liberati fl-anodu matul ir-reazzjoni tal-evoluzzjoni tal-ossiġnu (OER), jitmexxew permezz ta’ ċirkwit estern u pjanċi bipolari-mhux il-jone-PEM konduttiv innifsu-filwaqt li l-protoni jemigraw lejn il-katodu għar-reazzjoni tal-evoluzzjoni tal-idroġenu (HER). L-analiżi se turi b'mod espliċitu kif il-vultaġġi taċ-ċelluli individwali, li jinkludu l-vultaġġ riversibbli termodinamiku, il-potenzjali żejjed kinetiċi, u t-telf ohmiku, iżidu b'mod lineari f'konfigurazzjoni ta 'munzell, filwaqt li d-densità tal-kurrent tibqa' kostanti. Il-ħakma ta' dawn il-kunċetti ewlenin tat-trasport taċ-ċarġ u taċ-ċirkwiti tas-serje hija essenzjali għall-inġiniera u l-iżviluppaturi li jimmiraw li jtejbu l-prestazzjoni tal-munzell, inaqqsu l-konsum speċifiku tal-enerġija, u jiksbu ġenerazzjoni tal-idroġenu ta' purità għolja{-kost-effettiva.
Kif l-elettroni jiċċaqilqu f'ċellula waħda ta 'elettrolizzatur PEM
- F'ċellula PEM waħda:
Anodu (naħa ta' l-ossiġnu):
Elettroni huma rilaxxati.
Katodu (naħa tal-idroġenu):
Mogħdija tal-elettroni:
Anodu → ċirkwit estern → katodu
Dan huwa sempliċi.
Kif jiċċaqilqu l-elettroni meta ċelluli PEM multipli huma konnessi f'serje (munzell)
- Il-komponent ewlieni huwa l-pjanċa bipolari.
Pjanċa bipolari għandha żewġ uċuħ:
Naħa waħda hija l-katodu taċ-Ċellula N
In-naħa l-oħra hija l-anodu taċ-Ċellula N+1
U tmexxi l-elettroni bejniethom.
✔ Allura l-mogħdija tal-elettroni f’munzell issir:
Elettron mill-anodu taċ-Ċellula 1
→ jgħaddi minn ċirkwit estern / pjanċa bipolari
→ jidħol fl-anodu taċ-Ċellula 2
→ jiċċirkola lejn il-katodu taċ-Ċellula 2
→ pjanċa bipolari li jmiss
→ Ċellula 3 anodu
→ … u l-bqija
L-elettroni MHUX jgħaddu mill-membrana (il-PEM jittrasporta biss H⁺, mhux e⁻).
Allura l-elettroni jimxu ċ-ċellula-għal-ċellula tul il-pjanċi bipolari, mhux permezz tal-elettrolit.
Il-vultaġġ ta 'kull ċellula sempliċement jiżdied?
- Iva.
F'konnessjoni f'serje, il-vultaġġi jżidu b'mod lineari:
Jekk kull ċellula topera f'0.7 V, allura munzell ta' 3 ċelluli huwa:
F'sistemi reali żżid telf (ohmic, potenzjal żejjed, reżistenza tal-kuntatt), iżda l-prinċipju jibqa ':
Vultaġġ tal-munzell totali ≈ (numru ta' ċelloli) × (vultaġġ ta' -ċellula waħda)
Il-kurrent jibqa' l-istess għaċ-ċelloli kollha?
- Iva.
F'ċirkwit f'serje:
Il-kurrent huwa identiku f'kull ċellula, u huwa determinat miċ-ċellula bl-iktar prestazzjoni dgħajfa.
Allura:
- Il-vultaġġ iżid
- Il-kurrent jibqa' l-istess
Eżatt bħal batteriji konnessi f'serje.
Sommarju
F'munzell ta 'elettrolizzatur PEM, l-elettroni jiċċirkolaw mill-katodu ta' ċellula waħda għall-anodu taċ-ċellula li jmiss permezz tal-pjanċi bipolari. Il-vultaġġi taċ-ċelloli kollha jammontaw, filwaqt li l-kurrent tal-munzell huwa l-istess bħall-kurrent f'kull ċellula individwali.
