התקדמות וניתוח כלכלי של הידרו-אלקטרוליזה של ממברנת חילופי יונים (AEM) לייצור מימן

AEM הוא במידה מסוימת הכלאה של PEM ואלקטרוליזה מסורתית מבוססת דיאפרגמה. העיקרון של תא אלקטרוליטי AEM מוצג באיור 3. בקתודה, מים מצטמצמים לייצור מימן ו-OH -. OH - זורם דרך הסרעפת אל האנודה, שם הוא מתחבר מחדש לייצור חמצן.

 微信图片_20230202133433

לי וחב'. [1-2] חקרו את האלקטרוליזטור המים AEM בעל ביצועים גבוהים של פוליסטירן ופוליפנילן עם ביצועים גבוהים, והתוצאות הראו שצפיפות הזרם הייתה 2.7A/cm2 ב-85°C במתח של 1.8V. בעת שימוש ב-NiFe וב-PtRu/C כזרזים לייצור מימן, צפיפות הזרם ירדה משמעותית ל-906mA/cm2. חן וחב'. [5] חקר את היישום של זרז אלקטרוליטי מתכת לא אצילה בעל יעילות גבוהה באלקטרוליזר סרט פולימר אלקליין. תחמוצות NiMo הופחתו על ידי גזי H2/NH3, NH3, H2 ו-N2 בטמפרטורות שונות כדי לסנתז זרזים לייצור מימן אלקטרוליטי. התוצאות מראות שלזרז NiMo-NH3/H2 עם הפחתת H2/NH3 יש את הביצועים הטובים ביותר, עם צפיפות זרם של עד 1.0A/cm2 ויעילות המרת אנרגיה של 75% ב-1.57V ו-80°C. Evonik Industries, המבוססת על טכנולוגיית ממברנות הפרדת הגז הקיימת שלה, פיתחה חומר פולימרי מוגן בפטנט לשימוש בתאים אלקטרוליטיים AEM וכיום היא מרחיבה את ייצור הממברנות בקו פיילוט. השלב הבא הוא לאמת את אמינות המערכת ולשפר את מפרטי הסוללה, תוך הגדלת הייצור.

נכון לעכשיו, האתגרים העיקריים העומדים בפני תאי אלקטרוליטי AEM הם היעדר מוליכות גבוהה ועמידות בסיסית של AEM, והאלקטרוקטליזטור של המתכת היקרה מגדיל את העלות של ייצור מכשירים אלקטרוליטיים. במקביל, CO2 הנכנס לסרט התא יקטין את התנגדות הסרט ואת התנגדות האלקטרודות, ובכך יקטין את הביצועים האלקטרוליטיים. כיוון הפיתוח העתידי של אלקטרוליזר AEM הוא כדלקמן: 1. פתח AEM עם מוליכות גבוהה, סלקטיביות יונים ויציבות אלקלית לטווח ארוך. 2. להתגבר על בעיית העלות הגבוהה של זרז מתכת יקרה, לפתח זרז ללא מתכת יקרה וביצועים גבוהים. 3. נכון לעכשיו, עלות היעד של אלקטרוליזר AEM היא 20$/מ"ר, אותה יש להפחית באמצעות חומרי גלם זולים וצמצום שלבי סינתזה, כדי להפחית את העלות הכוללת של אלקטרוליזר AEM. 4. הפחת את תכולת ה-CO2 בתא האלקטרוליטי ושפר את הביצועים האלקטרוליטיים.

[1] Liu L,Kohl P A. אניון מוליכים קופולימרים מרובי בלוקים עם קטיונים קשורים שונים[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.

[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. יונומרים מפוליסטירן מרובעים במיוחד עבור אלקטרוליזרי מים של ממברנות חילופי אניונים [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 - 385.


זמן פרסום: פברואר-02-2023
WhatsApp צ'אט מקוון!