AEM je u određenoj mjeri hibrid PEM-a i tradicionalne elektrolize bazirane na dijafragmi. Princip AEM elektrolitičke ćelije prikazan je na slici 3. Na katodi se voda reducira i proizvodi vodik i OH -. OH — teče kroz dijafragmu do anode, gdje se rekombinira i proizvodi kisik.
Li et al. [1-2] proučavali su visoko kvaternizirani polistiren i polifenilen AEM vodeni elektrolizator visokih performansi, a rezultati su pokazali da je gustoća struje 2,7 A/cm2 na 85°C pri naponu od 1,8 V. Pri korištenju NiFe i PtRu/C kao katalizatora za proizvodnju vodika, gustoća struje se značajno smanjila na 906 mA/cm2. Chen i sur. [5] proučavali su primjenu visokoučinkovitog elektrolitičkog katalizatora neplemenitih metala u elektrolizeru s alkalnim polimernim filmom. NiMo oksidi reducirani su plinovima H2/NH3, NH3, H2 i N2 na različitim temperaturama kako bi se sintetizirali elektrolitički katalizatori za proizvodnju vodika. Rezultati pokazuju da NiMo-NH3/H2 katalizator s redukcijom H2/NH3 ima najbolje performanse, s gustoćom struje do 1,0 A/cm2 i učinkovitošću pretvorbe energije od 75% pri 1,57 V i 80°C. Evonik Industries, na temelju svoje postojeće tehnologije membrane za odvajanje plinova, razvila je patentirani polimerni materijal za upotrebu u AEM elektrolitičkim ćelijama i trenutno proširuje proizvodnju membrana na pilot liniji. Sljedeći korak je provjera pouzdanosti sustava i poboljšanje specifikacija baterije, uz istovremeno povećanje proizvodnje.
Trenutno su glavni izazovi s kojima se suočavaju AEM elektrolitičke ćelije nedostatak visoke vodljivosti i alkalne otpornosti AEM-a, a elektrokatalizator od plemenitih metala povećava troškove proizvodnje elektrolitičkih uređaja. U isto vrijeme, CO2 koji ulazi u film ćelije smanjit će otpor filma i otpor elektrode, čime se smanjuje učinak elektrolize. Smjer budućeg razvoja AEM elektrolizatora je sljedeći: 1. Razviti AEM s visokom vodljivošću, ionskom selektivnošću i dugotrajnom alkalnom stabilnošću. 2. Prevladati problem visoke cijene katalizatora od plemenitih metala, razviti katalizator bez plemenitih metala i visokih performansi. 3. Trenutačno je ciljna cijena AEM elektrolizatora 20 USD/m2, koju je potrebno smanjiti kroz jeftine sirovine i smanjene korake sinteze, kako bi se smanjio ukupni trošak AEM elektrolizatora. 4. Smanjite sadržaj CO2 u elektrolitičkoj ćeliji i poboljšajte učinak elektrolize.
[1] Liu L, Kohl PA. Anionski provodni višeblok kopolimeri s različitim vezanim kationima [J]. Journal of Polymer Science Dio A: Polymer Chemistry, 2018., 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Visoko kvaternizirani ionomeri polistirena za visokoučinkovite elektrolizatore vode s anionskom izmjenjivačkom membranom [J]. Energija prirode, 2020, 5: 378 — 385.
Vrijeme objave: 2. veljače 2023