1. Papel das Membranas
Membranasemprodução de hidrogênio eletrolíticoos dispositivos têm três funções: transmitem íons (como íons hidróxido ou hidrogênio) no eletrólito, evitam o cruzamento ou penetração de hidrogênio e oxigênio entre os eletrodos e fornecem isolamento para evitar a transferência de elétrons entre os eletrodos (evitando assim a condutividade).
Atualmente, há um foco significativo na transmissão de íons e nas propriedades de barreira a gases, mas o isolamento é frequentemente negligenciado. A condutividade nas membranas leva a alta densidade de corrente e baixa resistência, resultando em explosões; portanto, as membranas condutoras representam um perigo maior do que o cruzamento de gases.
2. Desenvolvimento de Membranas
As escolhas históricas em materiais de membrana incluem membranas de amianto e membranas de sulfeto de polifenileno.
3. Relação entre acidentes celulares eletrolíticos e membranas
Condutividade das membranas como principal causa de acidentes
A qualidade das membranas no mercado interno varia muito. Em termos de condutividade, as membranas apresentam diferentes resistências, sendo as membranas isolantes o padrão de qualificação. Alguns fabricantes diminuem a resistência da membrana para aumentar a condutividade, o que causa diretamente explosões de células eletrolíticas. A transferência de elétrons nas membranas pode se manifestar de diversas maneiras:
A baixa resistência da membrana resulta em parâmetros operacionais atraentes e consumo mínimo de energia (abaixo de 4,0, até em torno de 3,7).
Apesar dos dados atraentes, a produção de hidrogénio está significativamente abaixo dos valores teóricos, uma vez que a maior parte da energia é convertida em calor, tornando a membrana um componente gerador de calor. A geração de calor pelas membranas surge de dois pontos:
Durante a preparação de membranas de sulfeto de polifenileno, são introduzidos outros tipos de fibras que possuem baixas constantes dielétricas e certas capacidades de transferência de elétrons.
A modificação das membranas pode introduzir substâncias que facilitam a transferência de elétrons, como átomos de enxofre no sulfeto de polifenileno, ou impurezas como íons metálicos ou surfactantes.
AfinarMembranascom poros grandes
Membranas finas com poros grandes são suscetíveis à deposição e penetração de materiais de eletrodos destacados, levando à condutividade. Alguns fabricantes produzemmembranascom lacunas excessivamente grandes em fibras ou fios, resultando em distribuição mais ampla de poros (5-20 mícrons) e espessura insuficiente. Partículas metálicas (como o níquel) no eletrólito acumulam-se e penetram na membrana, fazendo com que ela se torne condutora. Para evitar a condutividade de eletrodos separados, as membranas devem ter:
Espessura adequada para evitar infiltração de partículas metálicas.
Tamanhos de poros pequenos, idealmente abaixo de 8-10 mícrons, preferencialmente com uma estrutura multicamadas.
Fraca resistência à temperatura, corrosão e danos mecânicos
O mercado oferece uma variedade de membranas, mas para melhorar o desempenho de fabricação, as fibras de sulfeto de polifenileno são frequentemente misturadas com outras fibras estruturais (resultando em perda excessiva de álcalis e resistência a baixas temperaturas). A redução da resistência da membrana e da torção da fibra também pode comprometer a durabilidade mecânica. Métodos inadequados para aumentar a hidrofilicidade podem causar problemas. As características observáveis da membrana incluem:
Altas taxas de encolhimento.
Perda elevada de álcali.
Diminuição da estanqueidade aos gases após forças externas.
O ambiente operacional dentro das células eletrolíticas pode ser mais destrutivo do que as condições externas, necessitando de membranas que sejam resistentes à tensão, flexão e compressão, mantendo ao mesmo tempo o desempenho sob certos níveis de estresse.
