AEM은 어느 정도 PEM과 전통적인 격막 기반 가성소다 전기분해를 혼합한 것입니다. AEM 전해전지의 원리는 그림 3에 나와 있습니다. 음극에서는 물이 환원되어 수소와 OH-가 생성됩니다. OH — 다이어프램을 통해 양극으로 흘러 재결합하여 산소를 생성합니다.
Li et al. [1-2]는 고도로 4차화된 폴리스티렌과 폴리페닐렌 AEM 고성능 물 전해 장치를 연구한 결과, 전류 밀도는 85°C, 전압 1.8V에서 2.7A/cm2인 것으로 나타났습니다. 수소 생산을 위한 촉매로 NiFe와 PtRu/C를 사용할 경우 전류 밀도는 906mA/cm2로 크게 감소했습니다. Chenet al. [5]는 알칼리 고분자 필름 전해조에 고효율 비귀금속 전해촉매를 적용한 연구를 진행하였다. NiMo 산화물은 서로 다른 온도에서 H2/NH3, NH3, H2 및 N2 가스에 의해 환원되어 전해수소 생산 촉매를 합성했습니다. 결과는 H2/NH3 환원을 포함하는 NiMo-NH3/H2 촉매가 1.57V 및 80°C에서 전류 밀도가 최대 1.0A/cm2이고 에너지 변환 효율이 75%로 최고의 성능을 가짐을 보여줍니다. Evonik Industries는 기존 가스 분리막 기술을 기반으로 AEM 전해질 전지에 사용하기 위한 특허받은 고분자 재료를 개발했으며 현재 파일럿 라인에서 막 생산을 확대하고 있습니다. 다음 단계는 시스템의 신뢰성을 검증하고 배터리 사양을 개선하는 동시에 생산량을 늘리는 것입니다.
현재 AEM 전해전지가 직면한 주요 과제는 AEM의 높은 전도성과 알칼리 저항성이 부족하고 귀금속 전기촉매로 인해 전해 장치 제조 비용이 증가한다는 점입니다. 동시에, 전지 필름에 유입되는 CO2는 필름 저항과 전극 저항을 감소시켜 전해 성능을 저하시킵니다. AEM 전해조의 향후 개발 방향은 다음과 같습니다. 1. 높은 전도성, 이온 선택성 및 장기 알칼리 안정성을 갖춘 AEM을 개발합니다. 2. 귀금속 촉매의 고비용 문제를 극복하고, 귀금속이 없는 고성능 촉매를 개발한다. 3. 현재 AEM 전해조의 목표 비용은 20달러/m2입니다. 이는 AEM 전해조의 전체 비용을 줄이기 위해 저렴한 원자재와 합성 단계 감소를 통해 비용을 줄여야 합니다. 4. 전해조의 CO2 함량을 줄이고 전해 성능을 향상시킵니다.
[1] Liu L, Kohl P A. 다양한 테더 양이온을 사용하여 다중 블록 공중합체를 수행하는 음이온[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, 외. 고성능 음이온 교환막 물 전해조를 위한 고도로 4차화된 폴리스티렌 이오노머[J]. 자연 에너지, 2020, 5: 378 — 385.
게시 시간: 2023년 2월 2일