Ett protonutbytesmembran är ett extremt tunt skikt av specialiserad polymer som fungerar som en selektivt permeabel barriär för protonrörelser i en riktning. För att uppnå denna selektiva genomsläpplighet tillverkas membranet av en polymertyp som kallas jonomer. Under rätt förhållanden släpper detta protonutbytesmembran – även känt som polymerelektrolytmembran (PEM) – endast igenom protoner, medan andra joner och gasmolekyler såsom väte eller syre helt blockeras.
Membranets semipermeabla egenskap beror på dess unika kombination av byggstenar. Majoriteten består av elektriskt neutrala, återkommande enheter, medan resten utgörs av laddade enheter. Tack vare denna sammansättning ändrar dessa polymerer – jonomererna – viskositet när temperaturen stiger.
Jonomererna som används i PEM kan antingen framställas genom att smälta samman specialmaterial med en polymermatris eller genom att utgå från rena polymerer. En perfluorerad jonomer som används flitigt vid PEM-produktion är Nafion, vars formulering ägs exklusivt av DuPont.
Protonutbytesmembranet utgör en integrerad del av dagens bränslecellsteknik och kan, om tekniken utvecklas framgångsrikt, komma att försörja våra hem med el i framtiden. Membranets grundläggande funktion i elektronproduktionen inuti cellen är att bibehålla form och selektivitet, så att gaserna inte blandas genom att passera åt fel håll. Tekniken har faktiskt fått sitt namn – proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) – just efter detta semipermeabla membran. Den grundläggande konstruktionen kan delas upp i fyra huvuddelar.
Den negativa elektroden, anoden, styr elektronernas rörelse när de frigjorts från vätemolekylena. Den positiva elektroden, katoden, har en etsad yta som ger syret bättre tillgång till katalysatorn. Katalysatorn är ett speciellt material, exempelvis platina, som inte själv deltar i reaktionsprocessen men som indirekt reglerar den. Slutligen fungerar PEM som elektrolyt, utöver sin roll som selektivt medium under reaktionen.
Vätgas leds in genom anoden, där dess övertryck driver den mot katalysatorn. Detta hjälper till att jonisera väteatomen genom att frigöra dess elektroner. Elektronerna driver sedan den elektriska motorn, och när de har fullföljt sin uppgift leds de tillbaka till katoden.
I andra änden av cellen förs syrgas till katalysatorn via katoden. Syrets jonisering attraherar de redan positivt laddade vätejonomerna, som vandrar genom PEM till motsatta sidan. Där kombineras de med syrejonerna och bildar vatten – bränslecellens enda restprodukt.
En typisk elektrokemisk reaktion genererar en relativt liten spänning på ungefär 0,7 volt. För att höja den elektriska potentialen till en praktiskt användbar nivå kopplas flera bränsleceller ihop till en så kallad stack. Förbindelsen mellan två bränsleceller upprättas via ledningsplattor eller bipolarplattor.
Dessa plattor utsätts kontinuerligt för oxidationsoch reduktionsreaktioner på båda sidor. För att bibehålla stabilitet över tid tillverkas därför plattorna av grafit och andra korrosionsbeständiga kompositmaterial.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online