L'AEM est dans une certaine mesure un hybride du PEM et de l'électrolyse traditionnelle à base de diaphragme. Le principe de la cellule électrolytique AEM est illustré à la figure 3. A la cathode, l'eau est réduite pour produire de l'hydrogène et OH -. OH — circule à travers le diaphragme jusqu'à l'anode, où il se recombine pour produire de l'oxygène.
Li et coll. [1-2] ont étudié l'électrolyseur d'eau haute performance AEM en polystyrène et polyphénylène hautement quaternisés, et les résultats ont montré que la densité de courant était de 2,7 A/cm2 à 85 °C à une tension de 1,8 V. Lors de l’utilisation de NiFe et de PtRu/C comme catalyseurs pour la production d’hydrogène, la densité de courant a diminué de manière significative jusqu’à 906 mA/cm2. Chen et coll. [5] ont étudié l'application d'un catalyseur électrolytique à base de métaux non nobles à haut rendement dans un électrolyseur à film polymère alcalin. Les oxydes de NiMo ont été réduits par les gaz H2/NH3, NH3, H2 et N2 à différentes températures pour synthétiser des catalyseurs électrolytiques de production d'hydrogène. Les résultats montrent que le catalyseur NiMo-NH3/H2 avec réduction H2/NH3 présente les meilleures performances, avec une densité de courant jusqu'à 1,0 A/cm2 et une efficacité de conversion énergétique de 75 % à 1,57 V et 80°C. Evonik Industries, sur la base de sa technologie existante de membrane de séparation des gaz, a développé un matériau polymère breveté destiné à être utilisé dans les cellules électrolytiques AEM et étend actuellement la production de membranes sur une ligne pilote. La prochaine étape consiste à vérifier la fiabilité du système et à améliorer les spécifications des batteries, tout en augmentant la production.
À l'heure actuelle, les principaux défis auxquels sont confrontées les cellules électrolytiques AEM sont le manque de conductivité élevée et de résistance alcaline de l'AEM, et l'électrocatalyseur en métal précieux augmente le coût de fabrication des dispositifs électrolytiques. Dans le même temps, le CO2 pénétrant dans le film cellulaire réduira la résistance du film et la résistance des électrodes, réduisant ainsi les performances électrolytiques. L'orientation future du développement de l'électrolyseur AEM est la suivante : 1. Développer un AEM avec une conductivité élevée, une sélectivité ionique et une stabilité alcaline à long terme. 2. Surmonter le problème du coût élevé du catalyseur en métaux précieux, développer un catalyseur sans métal précieux et haute performance. 3. Actuellement, le coût cible de l'électrolyseur AEM est de 20 $/m2, qui doit être réduit grâce à des matières premières bon marché et à des étapes de synthèse réduites, afin de réduire le coût global de l'électrolyseur AEM. 4. Réduisez la teneur en CO2 dans la cellule électrolytique et améliorez les performances électrolytiques.
[1] Liu L, Kohl P A. Copolymères multiblocs conducteurs d'anions avec différents cations attachés [J]. Journal of Polymer Science Part A : Polymer Chemistry, 2018, 56(13) : 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W et al. Ionomères de polystyrène hautement quaternisés pour électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions haute performance [J]. Nature Énergie, 2020, 5 : 378-385.
Heure de publication : 02 février 2023