Skilningur á grundvallarreglum rafeindaflæðis og samantektar spennu er mikilvægt til að hámarka hönnun, skilvirkni og sveigjanleika PEM (Proton Exchange Membrane) vatnsrafskipta fyrir grænt vetnisframleiðslu. Þessi grein gefur skýra, kerfisbundna sundurliðun á rafgreiningarstraumsleið og rafhegðun, þar sem virkni einnar himnu rafskautssamstæðu (MEA) er andstæður virkni -kvarða, röð-tengdum stafla. Við munum útskýra hvernig rafeindir, sem losnar við forskautið við súrefnisþróunarhvarfið (OER), eru leiddar í gegnum ytri hringrás og tvískauta plötur -ekki jónina -leiðandi PEM sjálft- á meðan róteindir flytjast til bakskautsins fyrir vetnisþróunarviðbrögðin (HER). Greiningin mun beinlínis sýna hvernig einstakar frumuspennur, sem samanstanda af varmafræðilegri afturkræfu spennu, hreyfigetu yfirmöguleika og ómískt tap, bætast við línulega í staflastillingu, en straumþéttleikinn helst stöðugur. Það er nauðsynlegt fyrir verkfræðinga og þróunaraðila að ná tökum á þessum kjarnahugmyndum hleðsluflutnings og raðrása sem miða að því að auka afköst stafla, draga úr tiltekinni orkunotkun og ná fram -kostnaðarhagkvæmri,{10}}hreinri vetnisframleiðslu.
Hvernig rafeindir hreyfast í einni PEM rafgreiningarfrumu
- Í einni PEM frumu:
Skaut (súrefnishlið):
Rafeindir losna.
Bakskaut (vetnishlið):
Rafeindaleið:
Rafskaut → ytri hringrás → bakskaut
Þetta liggur beint við.
Hvernig rafeindir hreyfast þegar margar PEM frumur eru tengdar í röð (stafla)
- Lykilþátturinn er tvískauta platan.
Tvískauta plata hefur tvö andlit:
Önnur hliðin er bakskaut frumu N
Hin hliðin er forskaut frumu N+1
Og það leiðir rafeindir á milli þeirra.
✔ Þannig að rafeindaleiðin í stafla verður:
Rafeind frá frumu 1 rafskaut
→ rennur í gegnum ytri hringrás / tvískauta plötu
→ fer inn í frumu 2 rafskaut
→ rennur til bakskauts frumu 2
→ næsta tvískauta plata
→ Cell 3 rafskaut
→ … og svo framvegis
Rafeindir fara EKKI í gegnum himnuna (PEM flytur aðeins H⁺, ekki e⁻).
Þannig að rafeindir flytja frumu-í-frumu meðfram tvískauta plötunum, ekki í gegnum raflausnina.
Leggst spenna hverrar frumu einfaldlega saman?
- Já.
Í raðtengingu bætast spennurnar línulega við:
Ef hver fruma starfar á 0,7 V, þá er þriggja fruma stafla:
Í raunverulegum kerfum bætir þú við tapi (ómískum, ofmöguleikum, snertiviðnám), en meginreglan er áfram:
Heildarspenna stafla ≈ (fjöldi frumna) × (eins-frumuspenna)
Er straumurinn sá sami fyrir allar frumur?
- Já.
Í röð hringrás:
Straumurinn er eins í gegnum hverja frumu og hann ræðst af frumunni með veikasta afköst.
Svo:
- Spenna bætist við
- Núverandi stendur í stað
Rétt eins og rafhlöður tengdar í röð.
Samantekt
Í PEM rafgreiningarstafla flæða rafeindir frá bakskaut einnar frumu til rafskauts næstu frumu í gegnum tvískauta plöturnar. Spenna allra frumna leggjast saman, en staflastraumurinn er sá sami og straumurinn í hverri einstakri frumu.
