AEM в некоторой степени представляет собой гибрид PEM и традиционного щелочного электролиза на основе диафрагмы. Принцип работы электролизера АЭМ показан на рисунке 3. На катоде вода восстанавливается с образованием водорода и ОН-. OH — протекает через диафрагму к аноду, где рекомбинирует с образованием кислорода.
Ли и др. [1-2] исследовали высококватернизованный полистирол и полифенилен высокопроизводительный водный электролизер АЭМ, и результаты показали, что плотность тока составила 2,7 А/см2 при 85°С и напряжении 1,8 В. При использовании NiFe и PtRu/C в качестве катализаторов получения водорода плотность тока существенно снизилась до 906 мА/см2. Чен и др. [5] исследовали применение высокоэффективного электролитического катализатора на основе неблагородных металлов в электролизере щелочных полимерных пленок. Оксиды NiMo восстанавливали газами H2/NH3, NH3, H2 и N2 при различных температурах для синтеза электролитических катализаторов получения водорода. Результаты показывают, что катализатор NiMo-NH3/H2 с восстановлением H2/NH3 имеет наилучшие характеристики: плотность тока до 1,0 А/см2 и эффективность преобразования энергии 75% при 1,57 В и 80°C. Evonik Industries, основываясь на существующей мембранной технологии газоразделения, разработала запатентованный полимерный материал для использования в электролитических элементах AEM и в настоящее время расширяет производство мембран на пилотной линии. Следующим шагом будет проверка надежности системы и улучшение характеристик аккумуляторов при одновременном расширении производства.
В настоящее время основными проблемами, с которыми сталкиваются электролизеры АЭМ, являются отсутствие у АЭМ высокой проводимости и щелочестойкости, а использование электрокатализатора из драгоценного металла удорожает производство электролитических устройств. В то же время попадание CO2 в клеточную пленку снижает сопротивление пленки и электродов, тем самым снижая электролитические характеристики. Будущее направление развития электролизера AEM следующее: 1. Разработка AEM с высокой проводимостью, ионной селективностью и долгосрочной щелочной стабильностью. 2. Преодолеть проблему высокой стоимости катализатора из драгоценных металлов, разработать катализатор без драгоценных металлов и обеспечить высокую производительность. 3. В настоящее время целевая стоимость электролизера AEM составляет 20 долларов США / м2, и ее необходимо снизить за счет дешевого сырья и сокращения этапов синтеза, чтобы снизить общую стоимость электролизера AEM. 4. Уменьшите содержание CO2 в электролизере и улучшите электролитические характеристики.
[1] Лю Л, Коль П. А. Анионопроводящие мультиблок-сополимеры с различными связанными катионами [J]. Журнал полимерной науки, часть A: Химия полимеров, 2018, 56 (13): 1395–1403.
[2] Ли Д., Пак Э.Дж., Чжу В. и др. Высококватернизованные иономеры полистирола для высокопроизводительных электролизеров воды с анионообменной мембраной[J]. Энергия природы, 2020, 5: 378 — 385.
Время публикации: 02 февраля 2023 г.