Selección de membrana de intercambio iónico para electrólisis de agua

1、Comprender la membrana de intercambio iónico Una membrana de intercambio iónico (IEM) es una barrera delgada que permite que los iones pasen selectivamente de un electrodo de un dispositivo electroquímico a otro, incluidos, entre otras, las células de la electrólisis de agua y las celdas de combustible. La membrana de intercambio iónico consiste en una matriz de polímero tridimensional funcionalizada con grupos cargados (o intercambio iónico). Estos grupos de carga fija repelen de manera total o parcialmente cargada de iones (isoiones) de la membrana y permiten que los iones con diferentes cargas (contraiones) pasen a través de la membrana. En las células hidroelectrolíticas y las celdas de combustible, el transporte de iones eficiente es importante para lograr un alto rendimiento, reducir sobrepotencial y garantizar la efectividad general de los procesos electroquímicos relevantes.

2、Consideraciones clave Al elegir un IEM apropiado

De acuerdo con el tipo de grupo de carga fija en la columna vertebral del polímero, IEM se puede dividir en dos tipos: membrana de intercambio catiónico (CEM) y Anión (AEM). Las membranas de intercambio de cationes contienen iones cargados negativamente fijos que permiten que los cationes se muevan en la membrana. Por el contrario, AEM tiene grupos cargados positivamente que permiten selectivamente el transporte de aniones. Además de estas dos clasificaciones básicas, el IEM también puede ser un Membrana de intercambio de protones (PEM), una membrana bipolar, una membrana anfotrópica y una membrana de matriz mixta. En las células electrolíticas de agua y las celdas de combustible, PEM y AEM son los más útiles. PEM es un CEM especial que puede transportar protones (iones H +).

1. Al elegir una membrana de intercambio iónico, la primera consideración es el tipo de celda de combustible y tanque electrolítico de agua. El funcionamiento de las celdas de combustible y las células electrolíticas de agua implica el transporte de iones; El tipo de ion a transmitir determina el tipo apropiado de membrana de intercambio de iones que se utilizará. Se requiere la célula electrolítica de agua de la membrana electrolítica de polímero (PEMWE) y la celda de combustible (PEMFC) que funcionan en condiciones ácidas para transportar iones H +. Por lo tanto, tanto PEMFC como PEMWE usan el PEM. En contraste, las celdas de combustible de membrana de intercambio de aniones (AEMFC) y la célula electrolítica de agua de la membrana de intercambio de aniones operan (AEMWE) (AEMWE) en entornos alcalinos. Tanto AEMFC como AEMWE usaron el AEM.

Una vez que se identifica el tipo de IEM adecuado para la celda de combustible y la celda electrolítica de agua, es hora de profundizar en las características específicas que producen eficiencia y rendimiento objetivo.

2、El rendimiento de IEM y el equilibrio entre ellos

En general, las propiedades del IEM están determinadas por las características de la columna vertebral del polímero y la carga fija que constituye su estructura. En particular, la densidad, la humectabilidad (hidrofóbica o hidrofílica) y la morfología de la matriz de polímero, así como el tipo y la concentración de grupos funcionales cargados, pueden afectar el rendimiento de IEM. Las propiedades mecánicas, químicas y térmicas de IEM están influenciadas principalmente por la columna vertebral del polímero, mientras que las propiedades electroquímicas, la conductividad y la sobreselectividad están determinadas por la concentración de la carga fija. Haga clic aquí para obtener más información sobre las características clave de IEM.

El IEM de alto rendimiento tendrá alta conductividad iónica, alta capacidad de intercambio iónico, excesiva casi uniforme y excelente estabilidad dimensional, química, mecánica y térmica. Sin embargo, no es fácil cumplir con todos estos requisitos. No podemos hacer todo, y en la mayoría de los casos, tenemos que encontrar el equilibrio perfecto entre estas características.

3. Condiciones de trabajo

Al encontrar un IEM adecuado para su aplicación, también debe considerar las condiciones de trabajo, incluidos los niveles de temperatura, presión y humedad. Las condiciones de trabajo pueden afectar no solo el rendimiento de IEM, sino también su estabilidad. Algunos IEM tienen el mejor rendimiento a altas temperaturas, mientras que otros están diseñados para aplicaciones de baja temperatura. Asegúrese de que el IEM seleccionado admite el entorno de uso del dispositivo.

4, El costo de los materiales de membrana

Supongamos que hemos encontrado una membrana perfectamente optimizada con buen rendimiento y estabilidad. Otro factor a considerar es el costo. Por lo general, los altos requisitos para el rendimiento y la estabilidad requieren altos costos de materiales. Por lo tanto, equilibrar los requisitos de rendimiento y las limitaciones presupuestarias es fundamental porque el costo de IEM afecta el costo general de las celdas de combustible y los sistemas de agua.

Elegir la membrana de intercambio iónico derecho es el punto clave en el diseño de células de hidrólisis eficientes y duraderas y sistemas de celdas de combustible. Al considerar cuidadosamente los factores anteriores y realizar pruebas apropiadas, puede tomar decisiones informadas basadas en los requisitos de aplicación específicos. Póngase en contacto con nosotros, nuestros ingenieros de aplicaciones y los expertos en celdas de hidrólisis interna y de celdas de combustible lo ayudarán a seleccionar el mejor producto para su aplicación. Trabajemos juntos para allanar el camino para el desarrollo de soluciones energéticas limpias y sostenibles.