AEM es hasta cierto punto un híbrido de PEM y electrólisis de lejía tradicional basada en diafragma. El principio de la celda electrolítica AEM se muestra en la Figura 3. En el cátodo, el agua se reduce para producir hidrógeno y OH -. OH: fluye a través del diafragma hasta el ánodo, donde se recombina para producir oxígeno.
Li y col. [1-2] estudiaron un electrolizador de agua de alto rendimiento AEM de poliestireno y polifenileno altamente cuaternizado y los resultados mostraron que la densidad de corriente era de 2,7 A/cm2 a 85 °C y un voltaje de 1,8 V. Cuando se utilizaron NiFe y PtRu/C como catalizadores para la producción de hidrógeno, la densidad de corriente disminuyó significativamente a 906 mA/cm2. Chen et al. [5] estudiaron la aplicación de un catalizador electrolítico de metales no nobles de alta eficiencia en electrolizadores de película de polímero alcalino. Los óxidos de NiMo se redujeron con gases H2/NH3, NH3, H2 y N2 a diferentes temperaturas para sintetizar catalizadores electrolíticos de producción de hidrógeno. Los resultados muestran que el catalizador NiMo-NH3/H2 con reducción de H2/NH3 tiene el mejor rendimiento, con una densidad de corriente de hasta 1,0 A/cm2 y una eficiencia de conversión de energía del 75 % a 1,57 V y 80 °C. Evonik Industries, basándose en su tecnología existente de membranas de separación de gases, ha desarrollado un material polimérico patentado para su uso en celdas electrolíticas AEM y actualmente está ampliando la producción de membranas en una línea piloto. El siguiente paso es verificar la confiabilidad del sistema y mejorar las especificaciones de la batería, mientras se aumenta la producción.
En la actualidad, los principales desafíos que enfrentan las celdas electrolíticas AEM son la falta de alta conductividad y resistencia alcalina de AEM, y el electrocatalizador de metales preciosos aumenta el costo de fabricación de dispositivos electrolíticos. Al mismo tiempo, el CO2 que ingresa a la película de la celda reducirá la resistencia de la película y la resistencia del electrodo, reduciendo así el rendimiento electrolítico. La dirección de desarrollo futuro del electrolizador AEM es la siguiente: 1. Desarrollar AEM con alta conductividad, selectividad iónica y estabilidad alcalina a largo plazo. 2. Superar el problema del alto costo de los catalizadores de metales preciosos, desarrollar catalizadores sin metales preciosos y de alto rendimiento. 3. Actualmente, el costo objetivo del electrolizador AEM es de $20/m2, lo que debe reducirse mediante materias primas baratas y pasos de síntesis reducidos, para reducir el costo general del electrolizador AEM. 4. Reducir el contenido de CO2 en la celda electrolítica y mejorar el rendimiento electrolítico.
[1] Liu L, Kohl P A. Copolímeros multibloque conductores de aniones con diferentes cationes unidos [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56 (13): 1395 - 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ionómeros de poliestireno altamente cuaternizados para electrolizadores de agua con membrana de intercambio aniónico de alto rendimiento [J]. Energía de la naturaleza, 2020, 5: 378 - 385.
Hora de publicación: 02-feb-2023