Az AEM bizonyos mértékig a PEM és a hagyományos membránalapú lúg elektrolízis hibridje. Az AEM elektrolitikus cella elvét a 3. ábra mutatja. A katódon a víz redukálódik, így hidrogén és OH - keletkezik. OH – a membránon keresztül az anódhoz áramlik, ahol újraegyesülve oxigént termel.
Li és mtsai. [1-2] a nagymértékben kvaternerizált polisztirol és polifenilén AEM nagy teljesítményű vizes elektrolizátort tanulmányozta, és az eredmények azt mutatták, hogy az áramsűrűség 2,7 A/cm2 85 °C-on 1,8 V feszültség mellett. Ha NiFe-t és PtRu/C-t használtunk katalizátorként a hidrogén előállításához, az áramsűrűség jelentősen, 906 mA/cm2-re csökkent. Chen et al. [5] nagy hatásfokú, nem nemesfém elektrolit katalizátor alkalmazását tanulmányozta lúgos polimer filmes elektrolizátorban. A NiMo oxidokat H2/NH3, NH3, H2 és N2 gázokkal redukálták különböző hőmérsékleteken, hogy elektrolitikus hidrogéntermelő katalizátorokat szintetizáljanak. Az eredmények azt mutatják, hogy a H2/NH3 redukciós NiMo-NH3/H2 katalizátor a legjobb teljesítményű, áramsűrűsége akár 1,0 A/cm2, energiaátalakítási hatékonysága pedig 75% 1,57 V-on és 80 °C-on. Az Evonik Industries a meglévő gázleválasztó membrántechnológiájára alapozva kifejlesztett egy szabadalmaztatott polimer anyagot az AEM elektrolitikus cellákhoz, és jelenleg kísérleti vonalon bővíti a membrángyártást. A következő lépés a rendszer megbízhatóságának ellenőrzése és az akkumulátor specifikációinak javítása, miközben növeli a termelést.
Jelenleg az AEM elektrolitikus cellák előtt álló fő kihívás az AEM magas vezetőképességének és lúgos ellenállásának hiánya, és a nemesfém elektrokatalizátor növeli az elektrolitikus eszközök gyártási költségeit. Ugyanakkor a cellafilmbe belépő CO2 csökkenti a film ellenállását és az elektródák ellenállását, ezáltal csökkenti az elektrolitikus teljesítményt. Az AEM elektrolizátor jövőbeli fejlesztési iránya a következő: 1. Nagy vezetőképességű, ionszelektivitással és hosszú távú lúgos stabilitással rendelkező AEM fejlesztése. 2. Leküzdeni a nemesfém katalizátor magas költségének problémáját, kifejleszteni nemesfém nélküli katalizátort és nagy teljesítményt. 3. Jelenleg az AEM elektrolizátor célköltsége 20 USD/m2, amelyet olcsó nyersanyagok és csökkentett szintézis lépések révén kell csökkenteni, hogy az AEM elektrolizátor összköltségét csökkentsük. 4. Csökkentse az elektrolitikus cella CO2-tartalmát és javítsa az elektrolitikus teljesítményt.
[1] Liu L, Kohl P A. Anion vezető multiblokk kopolimerek különböző kötött kationokkal [J]. Journal of Polymer Science A. rész: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395–1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Erősen kvaternerizált polisztirol ionomerek nagy teljesítményű anioncserélő membrán vízelektrolizátorokhoz[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Feladás időpontja: 2023.02.02