1. Papel de las membranas
Membranasenproducción de hidrógeno electrolíticoLos dispositivos cumplen tres funciones: transmiten iones (como hidróxido o iones de hidrógeno) en el electrolito, evitan el cruce o la penetración de hidrógeno y oxígeno entre los electrodos y proporcionan aislamiento para evitar la transferencia de electrones entre electrodos (evitando así la conductividad).
Actualmente, se presta mucha atención a la transmisión de iones y a las propiedades de barrera a los gases, pero a menudo se pasa por alto el aislamiento. La conductividad en las membranas conduce a una alta densidad de corriente y una baja resistencia, lo que provoca explosiones; por tanto, las membranas conductoras suponen un mayor peligro que el cruce de gases.
2. Desarrollo de membranas
Las opciones históricas en materiales de membranas incluyen membranas de asbesto y membranas de sulfuro de polifenileno.
3. Relación entre accidentes de células electrolíticas y membranas.
Conductividad de membranas como causa principal de accidentes
La calidad de las membranas en el mercado interno varía mucho. En términos de conductividad, las membranas presentan diferentes resistencias, siendo las membranas aislantes el estándar de calificación. Algunos fabricantes reducen la resistencia de la membrana para mejorar la conductividad, lo que provoca directamente explosiones de las celdas electrolíticas. La transferencia de electrones en las membranas puede manifestarse de varias formas:
La baja resistencia de la membrana da como resultado parámetros operativos atractivos y un consumo de energía mínimo (por debajo de 4,0, incluso alrededor de 3,7).
A pesar de los datos atractivos, la producción de hidrógeno está significativamente por debajo de los valores teóricos, ya que la mayor parte de la energía se convierte en calor, lo que convierte a la membrana en un componente generador de calor. La generación de calor a partir de membranas surge de dos puntos:
Durante la preparación de membranas de sulfuro de polifenileno se introducen otros tipos de fibras que tienen constantes dieléctricas bajas y ciertas capacidades de transferencia de electrones.
La modificación de las membranas puede introducir sustancias que facilitan la transferencia de electrones, como átomos de azufre en el sulfuro de polifenileno, o impurezas como iones metálicos o tensioactivos.
DelgadoMembranascon poros dilatados
Las membranas delgadas con poros grandes son susceptibles a la deposición y penetración de materiales de electrodos desprendidos, lo que genera conductividad. Algunos fabricantes producenmembranascon espacios excesivamente grandes en fibras o hilos, lo que resulta en una distribución de poros más amplia (5-20 micrones) y un espesor insuficiente. Las partículas metálicas (como el níquel) en el electrolito se acumulan y penetran en la membrana, lo que finalmente hace que se vuelva conductora. Para evitar la conductividad de los electrodos desprendidos, las membranas deben tener:
Espesor adecuado para evitar la infiltración de partículas metálicas.
Tamaños de poro pequeños, idealmente por debajo de 8-10 micrones, preferiblemente con una estructura multicapa.
Mala resistencia a la temperatura, la corrosión y los daños mecánicos
El mercado ofrece una variedad de membranas, pero para mejorar el rendimiento de fabricación, las fibras de sulfuro de polifenileno a menudo se mezclan con otras fibras estructurales (lo que resulta en una pérdida excesiva de álcali y resistencia a bajas temperaturas). La reducción de la resistencia de la membrana y la torsión de la fibra también puede comprometer la durabilidad mecánica. Los métodos inadecuados para mejorar la hidrofilicidad pueden generar problemas. Las características observables de la membrana incluyen:
Altas tasas de contracción.
Pérdida elevada de álcali.
Disminución de la estanqueidad al gas tras fuerzas externas.
El entorno operativo dentro de las celdas electrolíticas puede ser más destructivo que las condiciones externas, lo que requiere membranas que sean resistentes a la tensión, la flexión y la compresión, y al mismo tiempo mantengan el rendimiento bajo ciertos niveles de tensión.
