Mae deall egwyddorion sylfaenol llif electronau a chrynhoi foltedd yn hanfodol ar gyfer optimeiddio dyluniad, effeithlonrwydd a scalability electrolyzers dŵr Membrane Exchange Proton (PEM) ar gyfer cynhyrchu hydrogen gwyrdd. Mae'r erthygl hon yn darparu dadansoddiad clir, systematig o'r llwybr cerrynt electrolytig ac ymddygiad trydanol, gan gyferbynnu gweithrediad cydosod electrod un bilen (MEA) â gweithrediad pentwr cysylltiedig â graddfa, cyfres ddiwydiannol. Byddwn yn amlinellu sut mae electronau, sy'n cael eu rhyddhau yn yr anod yn ystod yr adwaith esblygiad ocsigen (OER), yn cael eu dargludo trwy gylched allanol a phlatiau deubegwn-nid yr ïon{5}}PEM dargludol ei hun-tra bod protonau yn mudo i'r catod ar gyfer yr adwaith esblygiad hydrogen (HER). Bydd y dadansoddiad yn dangos yn benodol sut mae folteddau celloedd unigol, sy'n cynnwys y foltedd cildroadwy thermodynamig, gor-botensial cinetig, a cholledion ohmig, yn ychwanegu'n llinol mewn cyfluniad pentwr, tra bod y dwysedd presennol yn aros yn gyson. Mae meistroli'r cysyniadau craidd hyn o gludiant gwefr a chylchedau cyfres yn hanfodol i beirianwyr a datblygwyr sy'n anelu at wella perfformiad pentwr, lleihau'r defnydd penodol o ynni, a chyflawni cynhyrchu hydrogen purdeb cost-effeithiol, uchel.
Sut mae electronau'n symud mewn un gell electrolyzer PEM
- Mewn un gell PEM:
Anod (ochr ocsigen):
Mae electronau'n cael eu rhyddhau.
catod (ochr hydrogen):
Llwybr electron:
Anod → cylched allanol → catod
Mae hyn yn syml.
Sut mae electronau'n symud pan fydd celloedd PEM lluosog wedi'u cysylltu mewn cyfres (pentwr)
- Y gydran allweddol yw'r plât deubegwn.
Mae gan blât deubegwn ddau wyneb:
Un ochr yw catod Cell N
Yr ochr arall yw anod Cell N+1
Ac mae'n dargludo electronau rhyngddynt.
✔ Felly mae'r llwybr electronau mewn pentwr yn dod yn:
Electron o Cell 1 anod
→ yn llifo trwy gylched allanol / plât deubegwn
→ yn mynd i mewn i anod Cell 2
→ yn llifo i gathod Cell 2
→ plât deubegwn nesaf
→ Cell 3 anod
→ … ac ati
NID yw electronau'n mynd drwy'r bilen (mae'r PEM ond yn cludo H⁺, nid e⁻).
Felly mae electronau yn symud cell-i-gell ar hyd y platiau deubegwn, nid drwy'r electrolyt.
Ydy foltedd pob cell yn syml adio i fyny?
- Oes.
Mewn cysylltiad cyfres, mae'r folteddau yn ychwanegu'n llinol:
Os yw pob cell yn gweithredu ar 0.7 V, yna stac 3 cell yw:
Mewn systemau go iawn rydych chi'n ychwanegu colledion (ohmig, gor-botensial, ymwrthedd cyswllt), ond erys yr egwyddor:
Cyfanswm foltedd y stac ≈ (nifer y celloedd) × (foltedd cell sengl-)
A yw'r cerrynt yn aros yr un fath ar gyfer pob cell?
- Oes.
Mewn cylched cyfres:
Mae'r cerrynt yr un fath trwy bob cell, ac mae'n cael ei bennu gan y gell sydd â'r perfformiad gwannaf.
Felly:
- Mae foltedd yn ychwanegu
- Mae'r presennol yn aros yr un peth
Yn union fel batris wedi'u cysylltu mewn cyfres.
Crynodeb
Mewn stac electrolyzer PEM, mae electronau'n llifo o gatod un gell i anod y gell nesaf drwy'r platiau deubegwn. Mae folteddau pob cell yn adio, tra bod cerrynt y pentwr yr un fath â'r cerrynt ym mhob cell unigol.
