1. บทบาทของเมมเบรน
เมมเบรนในการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าอุปกรณ์ทำหน้าที่สามอย่าง: ส่งไอออน (เช่น ไฮดรอกไซด์หรือไฮโดรเจนไอออน) ในอิเล็กโทรไลต์ ป้องกันการครอสโอเวอร์หรือการซึมผ่านของไฮโดรเจนและออกซิเจนระหว่างอิเล็กโทรด และจัดให้มีฉนวนเพื่อป้องกันการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอิเล็กโทรด (ซึ่งช่วยป้องกันการนำไฟฟ้า)
ในปัจจุบัน มีการให้ความสำคัญอย่างมากกับคุณสมบัติการส่งผ่านไอออนและคุณสมบัติกั้นก๊าซ แต่ฉนวนมักถูกมองข้ามไป สภาพนำไฟฟ้าในเมมเบรนทำให้เกิดความหนาแน่นกระแสสูงและความต้านทานต่ำ ส่งผลให้เกิดการระเบิด ดังนั้นเมมเบรนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจึงก่อให้เกิดอันตรายมากกว่าการครอสโอเวอร์ของแก๊ส
2. การพัฒนาเมมเบรน
ตัวเลือกในอดีตของวัสดุเมมเบรน ได้แก่ เยื่อใยหินและเยื่อโพลีฟีนิลีนซัลไฟด์
3. ความสัมพันธ์ระหว่างอุบัติเหตุเซลล์อิเล็กโทรไลต์กับเมมเบรน
ความนำไฟฟ้าของเมมเบรนเป็นสาเหตุสำคัญของอุบัติเหตุ
คุณภาพของเมมเบรนในตลาดภายในประเทศแตกต่างกันอย่างมาก ในแง่ของการนำไฟฟ้า เมมเบรนมีความต้านทานที่แตกต่างกัน โดยมีเมมเบรนฉนวนเป็นมาตรฐานสำหรับคุณสมบัติ ผู้ผลิตบางรายลดความต้านทานของเมมเบรนเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดการระเบิดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยตรง การถ่ายโอนอิเล็กตรอนในเยื่อหุ้มเซลล์สามารถแสดงออกได้หลายวิธี:
ความต้านทานเมมเบรนต่ำส่งผลให้มีพารามิเตอร์การทำงานที่น่าสนใจและสิ้นเปลืองพลังงานน้อยที่สุด (ต่ำกว่า 4.0 หรือประมาณ 3.7 ก็ตาม)
แม้จะมีข้อมูลที่น่าสนใจ แต่การผลิตไฮโดรเจนยังต่ำกว่าค่าทางทฤษฎีอย่างมาก เนื่องจากพลังงานส่วนใหญ่แปลงเป็นความร้อน ทำให้เมมเบรนเป็นส่วนประกอบที่สร้างความร้อน การสร้างความร้อนจากเมมเบรนเกิดขึ้นจากสองจุด:
ในระหว่างการเตรียมเมมเบรนโพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ จะมีการแนะนำเส้นใยประเภทอื่นที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำและมีความสามารถในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนบางอย่าง
การดัดแปลงเมมเบรนอาจทำให้เกิดสารที่เอื้อต่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอน เช่น อะตอมของซัลเฟอร์ในโพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ หรือสิ่งเจือปน เช่น ไอออนของโลหะหรือสารลดแรงตึงผิว
บางเมมเบรนมีรูขุมขนกว้าง
เมมเบรนบางที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ไวต่อการสะสมและการเจาะจากวัสดุอิเล็กโทรดที่แยกออกมา ส่งผลให้เกิดการนำไฟฟ้า ผู้ผลิตบางรายผลิตเมมเบรนมีช่องว่างในเส้นใยหรือเส้นด้ายมากเกินไป ส่งผลให้รูพรุนกระจายกว้างขึ้น (5-20 ไมครอน) และมีความหนาไม่เพียงพอ อนุภาคโลหะ (เช่น นิกเกิล) ในอิเล็กโทรไลต์จะสะสมและทะลุผ่านเมมเบรน ส่งผลให้กลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในที่สุด เพื่อป้องกันการนำไฟฟ้าจากอิเล็กโทรดที่แยกออก เมมเบรนต้องมี:
ความหนาเพียงพอเพื่อป้องกันการแทรกซึมของอนุภาคโลหะ
รูพรุนมีขนาดเล็ก ควรต่ำกว่า 8-10 ไมครอน โดยควรมีโครงสร้างหลายชั้น
ความต้านทานต่ำต่ออุณหภูมิ การกัดกร่อน และความเสียหายทางกล
ตลาดมีเมมเบรนหลายประเภท แต่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต เส้นใยโพลีฟีนลีนซัลไฟด์มักถูกผสมกับเส้นใยโครงสร้างอื่นๆ (ส่งผลให้สูญเสียความเป็นด่างมากเกินไปและทนต่ออุณหภูมิต่ำ) การลดความต้านทานของเมมเบรนและการบิดตัวของเส้นใยยังส่งผลต่อความทนทานเชิงกลอีกด้วย วิธีการที่ไม่เหมาะสมในการเพิ่มความสามารถในการชอบน้ำอาจทำให้เกิดปัญหาได้ ลักษณะเฉพาะของเมมเบรนที่สังเกตได้ ได้แก่:
อัตราการหดตัวสูง
การสูญเสียอัลคาไลที่เพิ่มขึ้น
ความหนาแน่นของก๊าซลดลงหลังจากแรงภายนอก
สภาพแวดล้อมการทำงานภายในเซลล์อิเล็กโทรไลต์สามารถทำลายล้างได้มากกว่าสภาวะภายนอก ทำให้ต้องใช้เมมเบรนที่ทนทานต่อความตึง การโค้งงอ และแรงอัด ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้ภายใต้ระดับความเค้นบางระดับ
