复合膜是由均质膜改性而来的,它利用均质膜的树脂与有机或无机物复合使其比均质膜在某些功能方面得到强化。典型的包括:提高机械性能的复合膜。这种复合膜以多孔薄膜(如多孔PT⁃FE)或纤维为增强骨架浸渍全氟磺酸树脂制成复合增强膜,在保证质子传导的同时,解决了薄膜的强度问题,同时尺寸稳定性也有大幅度的提高。提高化学稳定性的复合膜。为了防止由于电化学反应过程中自由基引起的化学衰减,加入自由基淬灭剂是有效的解决办法,可以在线分解与消除反应过程中自由基,提高膜的寿命。电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂,并传导离子,故电解质隔膜越薄越好。上海燃料电池Fumatech膜氢气制取
燃料电池是将燃料和电解质的化学能直接转换成电能的发电装置,也是继火电、水电、核电之后的第四种发电装置,是当今发达国家十分重视的高新技术开发领域。氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂,氧气作氧化剂,通过燃料的燃烧反应,将化学能转变为电能的电池,与原电池的工作原理相同。氢氧燃料电池工作时,向氢电极供应氢气,同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下,通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电,在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后,这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(氧气)。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。上海燃料电池Fumatech膜随着燃料电池技术不断成熟,以及西气东输工程提供了充足天然气源,燃料电池的商业化应用存在着广阔的前景。
电化学反应过程中常伴随着电极表面析氢、析氧和析氯的电极反应,这些析出的气体会以气泡形式吸附于电极表面,从而造成电极活性面积减少、电极表面电位和电流密度的微观分布不均,产生电极极化。电极表面吸附的气泡较多时会在电极表面形成气膜,造成电极钝化失活。电极表面析出的气体也会以气泡形式分散于电解液中,使电解液成为气液混合体系,导致实际的导电率下降。要想保证反应顺利进行,需提高槽电压,这样势必增加过程能耗。同时,电极表面吸附的气泡也会与电极的主反应产生竞争,从而导致电化学反应效率降低。气泡对电化学反应过程能耗及反应效率的影响,使得电化学技术的工业化宽泛应用受到限制。因此,寻求一种能消除电化学反应过程中气泡影响的技术尤为重要。
氢氧燃料电池按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类。①离子膜氢氧燃料电池:用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池,现代采用全氟磺酸膜。电池放电时,在氧电极处生成水,通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小。②培根型燃料电池:属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同),加铂作催化剂。电解质为80%~85%的苛性钾溶液,室温下是固体,在电池工作温度(204~260°C)下为液体。这种电池能量利用率较高,但自耗电大,起动和停机需较长的时间(起动需24小时,停机17小时)。③石棉膜燃料电池:也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成,氧电极是多孔银极片,两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜,再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法。这种电池的起动时间只15分钟,并可瞬时停机。燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。
质子交换膜的流场板一般是指按一定间隔开槽的石墨板,开的槽子就是流道,在槽子之间形成流道间隔。流场的作用是引导反应气体的流动方向,确保反应气体均匀分配到电极各处,并经扩散层到达催化层进行电化学反应。在常见的质子交换膜燃料电池中,有的流场板与双极板是分体的,如网状流场板等;有的流场板与双极板是一体的,如点状流场和部分蛇形流场板等,与双极板一体的流场除了具有上述流场板的功能以外,还要兼顾双极板的作用。为提高电池反应气体的利用率,通常排放尾气越少越好,流场设计得好坏直接影响电池尾气的排放量。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。江苏电解水用Fumatech膜
影响质子交换膜工作性能的因素:电堆的技术状况。上海燃料电池Fumatech膜氢气制取
基膜两侧分别引入阴、阳离子交换基团法的基本过程是在聚合物基膜两侧分别用化学反应方法引入阴、阳离子交换基团而制得双极膜。比如,将聚乙烯膜浸吸苯乙烯、二乙烯苯及过氧化苯甲酰的混合溶液制得基膜,通过覆盖保护的方法,一侧氯磺化、水解得阳膜层,另一侧氯甲基化、胺化得阴膜层。该法很关键的一项技术是要控制好阴、阳膜层的厚度并且使两者的界面平行于膜表面且两者不相互渗透。所以基膜必须均质平整,同时对磺化时间和氯甲基化时间加以控制。这种方法制得的双极膜,即使工作相当长时间后,也不会在两膜层出现气泡或液泡,两膜层不会分离,离子交换基团基本不会损失。一膜层在另一膜层上电沉积成型法的基本过程是将离子交换膜组装在电解槽中,电解液里悬浮电性相反的离子交换树脂粉末,通直流电使树脂粒子沉积在膜的表面形成双极膜。上海燃料电池Fumatech膜氢气制取
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