AEM is tot op zekere hoogte een hybride van PEM en traditionele membraangebaseerde loogelektrolyse. Het principe van de AEM-elektrolytische cel wordt getoond in Figuur 3. Aan de kathode wordt water gereduceerd om waterstof en OH te produceren. OH — stroomt door het diafragma naar de anode, waar het recombineert om zuurstof te produceren.
Li et al. [1-2] bestudeerden de hoogwaardige waterelektrolysator van sterk gequaterniseerd polystyreen en polyfenyleen AEM, en de resultaten toonden aan dat de stroomdichtheid 2,7 A/cm2 was bij 85 °C en een spanning van 1,8 V. Bij gebruik van NiFe en PtRu/C als katalysatoren voor de waterstofproductie daalde de stroomdichtheid aanzienlijk tot 906 mA/cm2. Chen et al. [5] bestudeerden de toepassing van hoogefficiënte elektrolytische katalysatoren van niet-edelmetalen in een alkalische polymeerfilm-elektrolysator. NiMo-oxiden werden bij verschillende temperaturen gereduceerd door H2/NH3-, NH3-, H2- en N2-gassen om elektrolytische waterstofproductiekatalysatoren te synthetiseren. De resultaten laten zien dat de NiMo-NH3/H2-katalysator met H2/NH3-reductie de beste prestaties levert, met een stroomdichtheid tot 1,0 A/cm2 en een energieomzettingsrendement van 75% bij 1,57 V en 80°C. Evonik Industries heeft op basis van zijn bestaande gasscheidingsmembraantechnologie een gepatenteerd polymeermateriaal ontwikkeld voor gebruik in AEM-elektrolytische cellen en breidt momenteel de membraanproductie uit via een proeflijn. De volgende stap is het verifiëren van de betrouwbaarheid van het systeem en het verbeteren van de batterijspecificaties, terwijl de productie wordt opgeschaald.
Momenteel zijn de belangrijkste uitdagingen waarmee AEM-elektrolytische cellen worden geconfronteerd het gebrek aan hoge geleidbaarheid en alkalische weerstand van AEM, en de elektrokatalysator van edelmetaal verhoogt de productiekosten van elektrolytische apparaten. Tegelijkertijd zal CO2 dat de celfilm binnendringt de filmweerstand en de elektrodeweerstand verminderen, waardoor de elektrolytische prestaties afnemen. De toekomstige ontwikkelingsrichting van de AEM-elektrolysator is als volgt: 1. Ontwikkel AEM met hoge geleidbaarheid, ionenselectiviteit en alkalische stabiliteit op lange termijn. 2. Overwin het probleem van de hoge kosten van edelmetaalkatalysatoren, ontwikkel katalysatoren zonder edelmetaal en hoge prestaties. 3. Momenteel bedragen de beoogde kosten van een AEM-elektrolysator $ 20 /m2, wat moet worden verlaagd door middel van goedkope grondstoffen en verminderde synthesestappen, om de totale kosten van een AEM-elektrolysator te verlagen. 4. Verlaag het CO2-gehalte in de elektrolytische cel en verbeter de elektrolytische prestaties.
[1] Liu L, Kohl P A. Anion-geleidende multiblokcopolymeren met verschillende gebonden kationen [J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 - 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Sterk gequaterniseerde polystyreenionomeren voor hoogwaardige waterelektrolysers met anionenuitwisselingsmembraan[J]. Natuurenergie, 2020, 5: 378 — 385.
Posttijd: 02-feb-2023