پلیمر الکترولیت غشایی (PEM)

سیستم PEM (Fuel Cell) چگونه کار می کند؟

۱-PEM سیستم ازن ساز

روش هایی که ازن را به صورت مصنوعی میسازند به سه دسته تقسیم می شوند ، یعنی تخلیه هوا ، تابش نور ماوراء بنفش و تجزیه و تحلیلگر  الکترو که همین  تحلیگر الکترو دو نوع دارد:

• فناوری الکترولیز شیمیایی
• پلیمر غشای الکترولیت (PEM) در تکنولوژی ازن

PEM روشی است که جریان کم فشار ، الکترود مثبت و الکترود منفی غشای جامد ویژه را به منظور جداسازی هیدروژن و اکسیژن به الکترولیز آب متصل می کند.

سیستم فن آوری PEM از یک یا چند الکترود احاطه شده با مایعاتی از الکترود مثبت و الکترود منفی تشکیل شده است و از مواد ویژه ای به عنوان “دی الکتریک ماده”  برای تولید ازن تحت جریان با چگالی بالا با فشار کم ساخته شده است. ژنراتور ازن PEM که در فشارهای ثابت کار می کند تا بتواند جریان مداوم ازن را در یک جریان اکسیژن با ۱۰ تا ۱۸ درصد از  وزن  ازن را تولید کند.

مولد ازن که در دنیای تجاری به آن ازن ژنراتور یا ازن ساز می گویند شامل یک یا چند واحد الکترولیتی است که شامل یک میدان جریان مثبت در مثبت  ،و  یک میدان جریان منفی در منفی  و یک رسانه تبادل پروتون برای حفظ جداسازی ازن و اکسیژن از هیدروژن است. ژنراتور ازن ساز همچنین دارای یک مخزن الکترود مثبت است که اکسیژن و ازن و یک مخزن الکترود منفی که هیدروژن را تخلیه می کند. مخزن الکترود مثبت  را می توان ضمن ادامه تولید ازن ، از مخزن الکنرود منفی پر کرد. ژنراتور ازن ساز به راحتی برای کنترل خود با استفاده از کنترل کننده سیستم برنامه ریزی شده برای کار با مخزن الکترود مثبت با فشار ثابت ساختار پیدا کرده است.

فن آوری PEM مزایایی  ویژه ای دارد ، به عنوان مثال ، نصب و راه اندازی راحت تر ، ایمن تر ، ماندگارتر ، با غلظت زیاد و خاص بودن، در کل استفاده از ازن راحت تر از فن آوری های معمول دیگر است. برتری بیشتری که نسبت به سیستم های تخلیه هوا دارد این هست که نیازی به تجهیزات مستقل و جداگانه ندارد بلکه فقط به برق و مقدار کمی آب خالص نیاز دارد.

۲-مبنا و اصل PEM

منبع مورد استفاده در PEM تنها آب است ، که می تواند در اکسیژن ، ازن و هیدروژن که در هوا می تواند به راحتی تجزیه شود و باقی مانده اکسیژن و ازن به روشی کاملاً بی خطر تجزیه شوند. این روش تا به امروز بهترین بوده . از ولتاژ DC با فشار کم ۳٫۵ ولت استفاده می کند ، به این معنی که ساییدگی روی الکترودهای مثبت و منفی  بسیار کم است ، پس میتواند در طولانی مدت به راحتی کار کند (مدت زمان کار مفید مورد انتظار، بیش از ۱۵۰۰۰ ساعت است).

فن آوری دیگری که برای تولید ازن مورد استفاده قرار می گیرد ، فناوری تخلیه هوا است که برخورد صاعقه را شبیه سازی می کند ، جایی که دی الکتریک ماده دی الکتریک یا عایق خازن به طور موازی بین دو الکترود با فشار زیاد موازی قرار می گیرد. هوایی که از اکسیژن (۲۱٪) ، هیدروژن (۷۸٪) و سایر گازها تشکیل شده باشد ، در صورت مواجهه با دوره تخلیه خاص ، جریانهایی با فشار زیاد،  بالاتر از ۱۰۰۰۰ ولت ، به یکدیگر برخوردمی کنند و گرمای تولید شده باعث تشکیل اکسیژن ازن می شود. برخی از نیتریدهای NOX به طور هم زمان تولید می شوند ، که در سطح بین المللی به عنوان ماده ای  سمی شناخته شده و می تواندسرطان زا باشد. احتمال وجود ازن با خلوص بالا با تکنولوژی تخلیه هوا بسیار کم است زیرا مقدار اکسیژن موجود در هوا محدود است و استفاده از الکترودهای جریان بالا ، مدت زمان مفید را محدود کرده و از میزان  ایمنی کار کم میکند.

۳-پارامتر فنی PEM الکترودها

۴- نصب سیستم PEM

الکترودهای مورد استفاده در سیستم تولید ازن PEM معمولا در تجهیزات ازن تولید آب ازن و ازن نصب می شوند.

تجهیزات مورد نیاز جهت  نصب و تولید ازن

• لوازم جانبی مرتبط: مخزن آب التکرود مثبت ، مخزن آب الکترود منفی ، لوله اتصال ، رله منبع تغذیه ویژه
• سایر تجهیزات : مخزن آب الکترود منفی از مواد ضد حریق و ضد زنگ زدگی با ظرفیت اتلاف حرارت مناسب ساخته شده است. مخزن آب الکنرود منفی از مواد سوزاننده با اتلاف حرارت خوب و ظرفیت ضد اکسیداسیون شدن ساخته شده است. و لوله اتصال باید از مواد چدنی با ظرفیت ضد اکسیداسیون خوب و پارامتر حرارتی کم ساخته شود.

شرایط نصب تجهیزات تولید آب ازن

• لوازم جانبی مرتبط: منبع آب خالص ، پمپ تقویت کننده ، لوله های چند کاناله ، لوله اتصال ، تجهیزات اختلاط ، منبع تغذیه ویژه ، رله
• سایر الزامات: منبع آب خالص باید از آب خالص باشد، آب مقطر و تجهیزات ضد اسمزی یا ضد تراوش استفاده کند. پمپ تقویت کننده باید پمپ مکش خود را با فشار خروجی آب بالاتر از ۴ کیلوگرم استفاده کند. لوله های کانال ها باید از مواد ضد زنگ یا لوله های استاندارد UPVC استفاده کنند. قطر لوله اتصال از ۶ میلی متر تا ۸ میلی متر است و از مواد قابل انعطاف با ظرفیت ضد اکسیداسیون خوب و پارامتر حرارتی کم ساخته شده است.

• لوله سیلیکون انتقال ازن
• ازن ژنراتور تصفیه آب
• ازن ژنراتور
• ازن ژنراتور آب خنک