L'AEM è in una certa misura un ibrido tra la PEM e l'elettrolisi tradizionale basata sul diaframma. Il principio della cella elettrolitica AEM è mostrato nella Figura 3. Al catodo, l'acqua viene ridotta per produrre idrogeno e OH -. OH: scorre attraverso il diaframma fino all'anodo, dove si ricombina per produrre ossigeno.
Li et al. [1-2] hanno studiato l'elettrolizzatore ad acqua ad alte prestazioni AEM per polistirene e polifenilene altamente quaternizzato e i risultati hanno mostrato che la densità di corrente era di 2,7 A/cm2 a 85°C con una tensione di 1,8 V. Quando si utilizzano NiFe e PtRu/C come catalizzatori per la produzione di idrogeno, la densità di corrente è diminuita significativamente a 906 mA/cm2. Chen et al. [5] hanno studiato l'applicazione di un catalizzatore elettrolitico di metalli non nobili ad alta efficienza in un elettrolizzatore a pellicola polimerica alcalina. Gli ossidi NiMo sono stati ridotti dai gas H2/NH3, NH3, H2 e N2 a diverse temperature per sintetizzare catalizzatori per la produzione di idrogeno elettrolitico. I risultati mostrano che il catalizzatore NiMo-NH3/H2 con riduzione di H2/NH3 ha le migliori prestazioni, con densità di corrente fino a 1,0 A/cm2 ed efficienza di conversione energetica del 75% a 1,57 V e 80°C. Evonik Industries, basandosi sulla tecnologia esistente delle membrane per la separazione dei gas, ha sviluppato un materiale polimerico brevettato da utilizzare nelle celle elettrolitiche AEM e sta attualmente espandendo la produzione di membrane su una linea pilota. Il prossimo passo è verificare l’affidabilità del sistema e migliorare le specifiche della batteria, aumentando al contempo la produzione.
Allo stato attuale, le principali sfide che le celle elettrolitiche AEM devono affrontare sono la mancanza di elevata conduttività e resistenza alcalina delle AEM, e l’elettrocatalizzatore in metallo prezioso aumenta il costo di produzione dei dispositivi elettrolitici. Allo stesso tempo, la CO2 che entra nel film della cella ridurrà la resistenza del film e dell'elettrodo, riducendo così le prestazioni elettrolitiche. La direzione di sviluppo futuro dell'elettrolizzatore AEM è la seguente: 1. Sviluppare AEM con elevata conduttività, selettività ionica e stabilità alcalina a lungo termine. 2. Superare il problema del costo elevato del catalizzatore in metallo prezioso, sviluppare un catalizzatore senza metallo prezioso e ad alte prestazioni. 3. Attualmente, il costo target dell'elettrolizzatore AEM è di $ 20 /m2, che deve essere ridotto attraverso materie prime economiche e fasi di sintesi ridotte, in modo da ridurre il costo complessivo dell'elettrolizzatore AEM. 4. Ridurre il contenuto di CO2 nella cella elettrolitica e migliorare le prestazioni elettrolitiche.
[1] Liu L, Kohl P A. Copolimeri multiblocco che conducono anioni con diversi cationi legati[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 - 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ionomeri di polistirene altamente quaternizzati per elettrolizzatori dell'acqua con membrana a scambio anionico ad alte prestazioni[J]. Natura Energia, 2020, 5: 378 — 385.
Orario di pubblicazione: 02-febbraio-2023