AEM jest w pewnym stopniu hybrydą PEM i tradycyjnej elektrolizy ługu opartej na membranie. Zasada działania ogniwa elektrolitycznego AEM jest pokazana na rysunku 3. Na katodzie woda ulega redukcji w celu wytworzenia wodoru i OH-. OH — przepływa przez membranę do anody, gdzie ulega rekombinacji, tworząc tlen.
Li i in. [1-2] badali wysokowydajny elektrolizer wody AEM z polistyrenu i polifenylenu, a wyniki wykazały, że gęstość prądu wynosiła 2,7 A/cm2 w temperaturze 85°C przy napięciu 1,8 V. W przypadku stosowania NiFe i PtRu/C jako katalizatorów do produkcji wodoru gęstość prądu znacznie spadła do 906 mA/cm2. Chena i in. [5] badali zastosowanie wysokowydajnego katalizatora elektrolitycznego z metalu nieszlachetnego w elektrolizerze alkalicznej folii polimerowej. Tlenki NiMo zostały zredukowane za pomocą gazów H2/NH3, NH3, H2 i N2 w różnych temperaturach w celu syntezy katalizatorów do elektrolitycznej produkcji wodoru. Wyniki pokazują, że katalizator NiMo-NH3/H2 z redukcją H2/NH3 ma najlepszą wydajność, przy gęstości prądu do 1,0A/cm2 i sprawności konwersji energii wynoszącej 75% przy 1,57V i 80°C. W oparciu o istniejącą technologię membran do separacji gazów firma Evonik Industries opracowała opatentowany materiał polimerowy do stosowania w ogniwach elektrolitycznych AEM i obecnie rozszerza produkcję membran na linii pilotażowej. Kolejnym krokiem jest weryfikacja niezawodności systemu i udoskonalenie specyfikacji akumulatorów przy jednoczesnym zwiększeniu skali produkcji.
Obecnie głównymi wyzwaniami stojącymi przed ogniwami elektrolitycznymi AEM jest brak wysokiej przewodności i odporności na działanie alkaliów AEM, a elektrokatalizator z metali szlachetnych zwiększa koszty produkcji urządzeń elektrolitycznych. Jednocześnie CO2 przedostający się do folii ogniwa zmniejszy rezystancję folii i rezystancję elektrody, zmniejszając w ten sposób wydajność elektrolityczną. Przyszły kierunek rozwoju elektrolizera AEM jest następujący: 1. Opracuj AEM o wysokiej przewodności, selektywności jonowej i długoterminowej stabilności zasadowej. 2. Pokonaj problem wysokich kosztów katalizatora z metali szlachetnych, opracuj katalizator bez metali szlachetnych i zapewniający wysoką wydajność. 3. Obecnie docelowy koszt elektrolizera AEM wynosi 20 USD / m2, który należy obniżyć poprzez tanie surowce i zmniejszone etapy syntezy, aby obniżyć całkowity koszt elektrolizera AEM. 4. Zmniejsz zawartość CO2 w ogniwie elektrolitycznym i popraw wydajność elektrolityczną.
[1] Liu L, Kohl P A. Kopolimery wieloblokowe przewodzące anion z różnymi uwiązanymi kationami [J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W i in. Wysoko czwartorzędowane jonomery polistyrenowe do wysokowydajnych elektrolizerów wody z membraną anionowymienną [J]. Energia Natury, 2020, 5: 378 — 385.
Czas publikacji: 02 lutego 2023 r