AEM é, até certo ponto, um híbrido de PEM e eletrólise de soda cáustica tradicional baseada em diafragma. O princípio da célula eletrolítica AEM é mostrado na Figura 3. No cátodo, a água é reduzida para produzir hidrogênio e OH -. OH – flui através do diafragma até o ânodo, onde se recombina para produzir oxigênio.
Li et al. [1-2] estudaram o eletrolisador de água de alto desempenho de poliestireno altamente quaternizado e polifenileno AEM, e os resultados mostraram que a densidade de corrente era de 2,7A/cm2 a 85°C a uma tensão de 1,8V. Ao usar NiFe e PtRu/C como catalisadores para produção de hidrogênio, a densidade de corrente diminuiu significativamente para 906mA/cm2. Chen et al. [5] estudaram a aplicação de catalisador eletrolítico de metal não nobre de alta eficiência em eletrolisador de filme de polímero alcalino. Os óxidos de NiMo foram reduzidos pelos gases H2/NH3, NH3, H2 e N2 em diferentes temperaturas para sintetizar catalisadores eletrolíticos de produção de hidrogênio. Os resultados mostram que o catalisador NiMo-NH3/H2 com redução de H2/NH3 apresenta o melhor desempenho, com densidade de corrente de até 1,0A/cm2 e eficiência de conversão de energia de 75% a 1,57V e 80°C. A Evonik Industries, com base em sua tecnologia existente de membrana de separação de gases, desenvolveu um material polimérico patenteado para uso em células eletrolíticas AEM e está atualmente expandindo a produção de membranas em uma linha piloto. O próximo passo é verificar a confiabilidade do sistema e melhorar as especificações da bateria, ao mesmo tempo em que aumenta a produção.
Atualmente, os principais desafios enfrentados pelas células eletrolíticas AEM são a falta de alta condutividade e resistência alcalina do AEM, e o eletrocatalisador de metal precioso aumenta o custo de fabricação de dispositivos eletrolíticos. Ao mesmo tempo, a entrada de CO2 no filme da célula reduzirá a resistência do filme e a resistência do eletrodo, reduzindo assim o desempenho eletrolítico. A direção de desenvolvimento futuro do eletrolisador AEM é a seguinte: 1. Desenvolver AEM com alta condutividade, seletividade iônica e estabilidade alcalina de longo prazo. 2. Superar o problema do alto custo do catalisador de metal precioso, desenvolver catalisador sem metal precioso e alto desempenho. 3. Atualmente, o custo-alvo do eletrolisador AEM é de US$ 20/m2, que precisa ser reduzido por meio de matérias-primas baratas e etapas de síntese reduzidas, de modo a reduzir o custo geral do eletrolisador AEM. 4. Reduza o conteúdo de CO2 na célula eletrolítica e melhore o desempenho eletrolítico.
[1] Liu L,Kohl PA. Copolímeros multibloco condutores de ânions com diferentes cátions amarrados[J].Journal of Polymer Science Parte A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Parque EJ, Zhu W, et al. Ionômeros de poliestireno altamente quaternizados para eletrolisadores de água com membrana de troca aniônica de alto desempenho[J]. Energia Natural, 2020, 5: 378-385.
Horário da postagem: 02 de fevereiro de 2023