離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因為一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。離子交換膜是具有離子交換性能的、由高分子材料制成的薄膜(也有無機離子交換股，但其使用尚不普通)。它與離子交換樹脂相似，都是在高分子骨架上連接一個活性基團，但作用機理和方式、效果都有不同之處。當前市場上離子交換膜種類繁多，也沒有統(tǒng)一的分類方法。離子交換膜按功能及結(jié)構(gòu)的不同，可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性的交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質(zhì)復合物膜五種類型。燃料電池是名符其實的把化學能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。山東PEM水電解Fumatech膜氫氣制取
氫氧燃料電池按電池結(jié)構(gòu)和工作方式分為離子膜、培根型和石棉膜三類。①離子膜氫氧燃料電池：用陽離子交換膜作電解質(zhì)的酸性燃料電池,現(xiàn)代采用全氟磺酸膜。電池放電時,在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,但離子交換膜內(nèi)阻較大,放電電流密度小。②培根型燃料電池：屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極(內(nèi)外層孔徑不同)，加鉑作催化劑。電解質(zhì)為80%～85%的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度(204～260°C)下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動和停機需較長的時間（起動需24小時，停機17小時）。③石棉膜燃料電池：也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器,構(gòu)成氣室,封裝成單體電池。放電時在氫電極一邊生成水,可以用循環(huán)氫的辦法排出,亦可用靜態(tài)排水法。這種電池的起動時間只15分鐘，并可瞬時停機。上海質(zhì)子交換Fumatech膜氫分離雙極膜亦稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。
質(zhì)子交換膜的電催化劑按作用部位可分為陰極催化劑和陽極催化劑兩類。質(zhì)子交換膜燃料電池的陽極反應為氫的氧化反應，陰極為氧的還原反應。因氧的催化還原作用比氫的催化氧化作用更為困難，所以陰極是較關鍵的電極。對催化劑的要求是足夠的催化活性和穩(wěn)定性，陽極催化劑還應具有抗CO中毒的能力，對于使用烴類燃料重整的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，陽極催化劑系統(tǒng)尤其應注意這個問題。電催化劑按照使用金屬可分為鉑系和非鉑系電催化劑兩類。由于質(zhì)子交換膜燃料電池的工作溫度低于100℃，目前只有貴金屬催化劑對氫氣氧化和氧氣還原反應表現(xiàn)出了足夠的催化活性?，F(xiàn)在所用的較有效催化劑是鉑或鉑合金催化劑，它對氫氣氧化和氧氣還原都具有非常好的催化能力，且可以長期穩(wěn)定工作。
氫氧燃料電池以氫氣作燃料為還原劑，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應，將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵?，與原電池的工作原理相同。氫氧燃料電池工作時，向氫電極供應氫氣，同時向氧電極供應氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應過程就能連續(xù)進行。工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。燃料電池具有組裝式結(jié)構(gòu),安裝維修方便。
離子交換膜的性能：選擇透過性反映膜對不同離子的選擇透過能力，用離子遷移數(shù)（t）和膜的透過度（p）來表示。膜內(nèi)離子遷移數(shù)即某一種離子在膜內(nèi)的遷移量與全部離子在膜內(nèi)的遷移量的比值。或者也可用離子遷移所帶電量之比來表示。對于理想的離子交換膜，反離子的遷移數(shù)為1，同名離子的遷移數(shù)為0.實際上由于各種因素的影響，反離子在膜內(nèi)的實際遷移可能達到1。有兩種方法可以得到膜的離子遷移數(shù)，一是膜電位法，將膜在兩種不同濃度的同類電解質(zhì)中測定其膜電位，再由膜電位計算遷移數(shù)。另一種方法是，在外加直流電場下，在電滲析槽中直接測定膜的遷移數(shù)。一般要求，實用的離子交換膜透過度大于85%，反離子遷移數(shù)大于0.9，并希望在高濃度電解質(zhì)中仍有良好的選擇透過性。燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動力電源。電解水用Fumatech膜官網(wǎng)
隨著燃料電池技術不斷成熟及西氣東輸工程提供了充足天然氣源,燃料電池的商業(yè)化應用存在著廣闊的發(fā)展前景。山東PEM水電解Fumatech膜氫氣制取
燃料電池是利用水的電解的逆反應的"發(fā)電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板所組成。較初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，2013年正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣）。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。當氫離子進入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。此過程水可以得到重復利用，發(fā)電原理與可夜間使用的太陽能電池有異曲同工之妙。燃料電池的電極材料一般為惰性電極，具有很強的催化活性，如鉑電極、活性碳電極等。山東PEM水電解Fumatech膜氫氣制取
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