हाइड्रोजन उत्पादन के लिए आयन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (एईएम) हाइड्रोइलेक्ट्रोलिसिस की प्रगति और आर्थिक विश्लेषण

एईएम कुछ हद तक पीईएम और पारंपरिक डायाफ्राम आधारित लाइ इलेक्ट्रोलिसिस का एक संकर है। एईएम इलेक्ट्रोलाइटिक सेल का सिद्धांत चित्र 3 में दिखाया गया है। कैथोड पर, हाइड्रोजन और ओएच - का उत्पादन करने के लिए पानी को कम किया जाता है। OH - डायाफ्राम के माध्यम से एनोड में प्रवाहित होता है, जहां यह ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए पुनः संयोजित होता है।

ली एट अल. [1-2] ने अत्यधिक चतुर्भुज पॉलीस्टाइनिन और पॉलीफेनिलीन एईएम उच्च-प्रदर्शन जल इलेक्ट्रोलाइज़र का अध्ययन किया, और परिणामों से पता चला कि 1.8V के वोल्टेज पर 85°C पर वर्तमान घनत्व 2.7A/cm2 था। हाइड्रोजन उत्पादन के लिए उत्प्रेरक के रूप में NiFe और PtRu/C का उपयोग करते समय, वर्तमान घनत्व काफी कम होकर 906mA/cm2 हो गया। चेन एट अल. [5] क्षारीय पॉलिमर फिल्म इलेक्ट्रोलाइज़र में उच्च दक्षता वाले गैर-नोबल धातु इलेक्ट्रोलाइटिक उत्प्रेरक के अनुप्रयोग का अध्ययन किया गया। इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन उत्पादन उत्प्रेरक को संश्लेषित करने के लिए NiMo ऑक्साइड को H2/NH3, NH3, H2 और N2 गैसों द्वारा विभिन्न तापमानों पर कम किया गया। नतीजे बताते हैं कि H2/NH3 कटौती के साथ NiMo-NH3/H2 उत्प्रेरक का प्रदर्शन सबसे अच्छा है, जिसमें वर्तमान घनत्व 1.0A/cm2 तक है और 1.57V और 80°C पर 75% की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता है। इवोनिक इंडस्ट्रीज ने अपनी मौजूदा गैस पृथक्करण झिल्ली प्रौद्योगिकी के आधार पर, एईएम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में उपयोग के लिए एक पेटेंट पॉलिमर सामग्री विकसित की है और वर्तमान में पायलट लाइन पर झिल्ली उत्पादन का विस्तार कर रही है। अगला कदम सिस्टम की विश्वसनीयता को सत्यापित करना और उत्पादन को बढ़ाते हुए बैटरी विनिर्देशों में सुधार करना है।

वर्तमान में, एईएम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के सामने मुख्य चुनौतियां एईएम की उच्च चालकता और क्षारीय प्रतिरोध की कमी है, और कीमती धातु इलेक्ट्रोकैटलिस्ट इलेक्ट्रोलाइटिक उपकरणों के निर्माण की लागत को बढ़ाता है। साथ ही, सेल फिल्म में प्रवेश करने वाली CO2 फिल्म प्रतिरोध और इलेक्ट्रोड प्रतिरोध को कम कर देगी, जिससे इलेक्ट्रोलाइटिक प्रदर्शन कम हो जाएगा। एईएम इलेक्ट्रोलाइज़र की भविष्य की विकास दिशा इस प्रकार है: 1. उच्च चालकता, आयन चयनात्मकता और दीर्घकालिक क्षारीय स्थिरता के साथ एईएम विकसित करें। 2. कीमती धातु उत्प्रेरक की उच्च लागत की समस्या पर काबू पाएं, कीमती धातु और उच्च प्रदर्शन के बिना उत्प्रेरक विकसित करें। 3. वर्तमान में, एईएम इलेक्ट्रोलाइज़र की लक्ष्य लागत $20/m2 है, जिसे सस्ते कच्चे माल और कम संश्लेषण चरणों के माध्यम से कम करने की आवश्यकता है, ताकि एईएम इलेक्ट्रोलाइज़र की कुल लागत को कम किया जा सके। 4. इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में CO2 की मात्रा कम करें और इलेक्ट्रोलाइटिक प्रदर्शन में सुधार करें।

[1] लियू एल, कोहल पी ए। आयन विभिन्न बंधे हुए धनायनों के साथ मल्टीब्लॉक कॉपोलिमर का संचालन करते हैं [जे]। जर्नल ऑफ पॉलिमर साइंस पार्ट ए: पॉलिमर केमिस्ट्री, 2018, 56(13): 1395 - 1403।

[2] ली डी, पार्क ईजे, झू डब्ल्यू, एट अल। उच्च प्रदर्शन आयन एक्सचेंज झिल्ली जल इलेक्ट्रोलाइज़र [जे] के लिए अत्यधिक चतुर्भुज पॉलीस्टाइन आयनोमर्स। प्रकृति ऊर्जा, 2020, 5: 378-385।