CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.5. Điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton
1.5.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị PEMWE
Hình 1.5. Cấu tạo của một PEMWE đơn [31]
Đơn vị nhỏ nhất của thiết bị điện phân PEMWE là một cell (tế bào điện phân) và cấu tạo một cell (hình 1.5) gồm có: ở giữa là điện cực màng MEA sau đó đến tấm tách dịng (tấm lưỡng cực) và tấm dẫn điện. Điện cực màng MEA là bộ phận quan trọng nhất trong một cell. Một MEA điển hình được cấu tạo bởi một màng trao đổi proton (thường là màng Nafion) đặt ở giữa hai bên là lớp khuếch tán được tẩm vật liệu xúc tác điện cực, một bên đóng vai trị anơt và một bên đóng vai trị catơt đối xứng hai bên màng.
Hình 1.6 mơ tả q trình xảy ra trong một cell điện phân sử dụng màng trao đổi proton (PEMWE). Nước khử ion được cấp thường ở phía anơt, nơi mà các phản ứng thốt ơxy diễn ra. Nước đi qua các kênh trong các tấm tách dòng và khuếch tán vào bộ dẫn điện. Khi nước gặp lớp xúc tác, các q trình điện hóa sẽ diễn ra, các phân tử nước được phân tách thành các proton, electron và khí ơxy. Khí ơxy thấm ngược lại qua lớp chất xúc tác đến bộ dẫn điện và qua tấm tách dòng ra khỏi pin. Các proton H+ (ion dương) đi qua màng ngăn và kết hợp với nhóm sunphonic (có trong màng ngăn) rồi di chuyển về catơt. Các electron di chuyển theo hướng dịng điện. Tại catơt, các proton và electron kết hợp với nhau tạo thành khí hydro. Khí hydro sau đó đi qua thanh dẫn điện catơt, qua tấm tách dịng catơt và rời khỏi cell. Màng ngăn được cấu tạo chỉ cho phép các ion H+ di chuyển sang mà không cho các phân tử đi qua (phân tử khí ơxy), vì vậy sản phẩm khí ơxy và hydro thu được sẽ tách biệt và khơng bị trộn lẫn.
Hình 1.6. Ngun lý điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton [31]
Vì một cell riêng lẻ chỉ tạo được một lượng hydro rất thấp cho nên tùy theo năng suất yêu cầu mà thiết kế nhiều tế bào riêng lẻ ghép nối tiếp được gọi là bộ ghép (stack), một thiết bị điện phân bao gồm nhiều bộ ghép.