離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對(duì)溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因?yàn)橐话阍趹?yīng)用時(shí)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(jī)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(gè)活性基團(tuán)，但作用機(jī)理和方式、效果都有不同之處。當(dāng)前市場(chǎng)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(yáng)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(fù)合物膜五種類型。燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)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(yáng)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(shí),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(dòng)和停機(jī)需較長(zhǎng)的時(shí)間（起動(dòng)需24小時(shí)，停機(jī)17小時(shí)）。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(shí)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(dòng)時(shí)間只15分鐘，并可瞬時(shí)停機(jī)。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(yáng)膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽(yáng)復(fù)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(yáng)極催化劑兩類。質(zhì)子交換膜燃料電池的陽(yáng)極反應(yīng)為氫的氧化反應(yīng)，陰極為氧的還原反應(yīng)。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(guān)鍵的電極。對(duì)催化劑的要求是足夠的催化活性和穩(wěn)定性，陽(yáng)極催化劑還應(yīng)具有抗CO中毒的能力，對(duì)于使用烴類燃料重整的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，陽(yáng)極催化劑系統(tǒng)尤其應(yīng)注意這個(gè)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(duì)氫氣氧化和氧氣還原反應(yīng)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(duì)氫氣氧化和氧氣還原都具有非常好的催化能力，且可以長(zhǎng)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(yīng)，將化學(xué)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(shí)，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時(shí)向氧電極供應(yīng)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(shí)在氫電極上有多余的電子而帶負(fù)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(yīng)過程就能連續(xù)進(jìn)行。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負(fù)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(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)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(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)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(duì)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?；蛘咭部捎秒x子遷移所帶電量之比來表示。對(duì)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(shí)際上由于各種因素的影響，反離子在膜內(nèi)的實(shí)際遷移可能達(dá)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(cè)定其膜電位，再由膜電位計(jì)算遷移數(shù)。另一種方法是，在外加直流電場(chǎng)下，在電滲析槽中直接測(cè)定膜的遷移數(shù)。一般要求，實(shí)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(dòng)力電源。電解水用Fumatech膜官網(wǎng)
隨著燃料電池技術(shù)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(yīng)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(yīng)的"發(fā)電機(jī)"。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)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(shí)向負(fù)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(fù)極分解成正離子H+和電子e-。當(dāng)氫離子進(jìn)入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極。用電的負(fù)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(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。此過程水可以得到重復(fù)利用，發(fā)電原理與可夜間使用的太陽(yáng)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(qiáng)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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