AEM ở một mức độ nào đó là sự kết hợp giữa PEM và điện phân dung dịch kiềm dựa trên màng ngăn truyền thống. Nguyên lý hoạt động của pin điện phân AEM được thể hiện trên hình 3. Ở cực âm, nước bị khử tạo ra hydro và OH -. OH - chảy qua màng ngăn đến cực dương, nơi nó tái kết hợp để tạo ra oxy.
Li và cộng sự. [1-2] đã nghiên cứu máy điện phân nước hiệu suất cao polystyrene và polyphenylene AEM bậc bốn, và kết quả cho thấy mật độ dòng điện là 2,7A/cm2 ở 85°C ở điện áp 1,8V. Khi sử dụng NiFe và PtRu/C làm chất xúc tác sản xuất hydro, mật độ dòng điện giảm đáng kể xuống còn 906mA/cm2. Chen và cộng sự. [5] đã nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác điện phân kim loại không quý hiệu quả cao trong máy điện phân màng polyme kiềm. NiMo oxit được khử bằng các khí H2/NH3, NH3, H2 và N2 ở các nhiệt độ khác nhau để tổng hợp xúc tác điện phân sản xuất hydro. Kết quả cho thấy xúc tác NiMo-NH3/H2 khử H2/NH3 cho hiệu suất tốt nhất, mật độ dòng điện lên tới 1,0A/cm2 và hiệu suất chuyển đổi năng lượng đạt 75% ở 1,57V và 80°C. Evonik Industries, dựa trên công nghệ màng tách khí hiện có, đã phát triển vật liệu polyme được cấp bằng sáng chế để sử dụng trong tế bào điện phân AEM và hiện đang mở rộng sản xuất màng trên dây chuyền thí điểm. Bước tiếp theo là xác minh độ tin cậy của hệ thống và cải thiện thông số kỹ thuật của pin, đồng thời mở rộng quy mô sản xuất.
Hiện tại, thách thức chính mà tế bào điện phân AEM phải đối mặt là AEM thiếu độ dẫn điện và khả năng kháng kiềm cao, đồng thời chất xúc tác điện kim loại quý làm tăng chi phí sản xuất các thiết bị điện phân. Đồng thời, CO2 đi vào màng tế bào sẽ làm giảm điện trở màng và điện trở điện cực, do đó làm giảm hiệu suất điện phân. Hướng phát triển trong tương lai của máy điện phân AEM như sau: 1. Phát triển AEM có độ dẫn điện cao, độ chọn lọc ion và độ ổn định kiềm lâu dài. 2. Khắc phục vấn đề chi phí cao của chất xúc tác kim loại quý, phát triển chất xúc tác không có kim loại quý và hiệu suất cao. 3. Hiện tại, chi phí mục tiêu của máy điện phân AEM là 20 USD /m2, cần giảm thông qua nguyên liệu thô rẻ và giảm các bước tổng hợp để giảm chi phí chung của máy điện phân AEM. 4. Giảm hàm lượng CO2 trong tế bào điện phân và cải thiện hiệu suất điện phân.
[1] Liu L, Kohl PA. Anion tiến hành copolyme đa khối với các cation liên kết khác nhau[J].Tạp chí Khoa học Polymer Phần A: Hóa học Polymer, 2018, 56(13): 1395 - 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Các chất ionomer polystyrene bậc bốn cao dành cho máy điện phân nước màng trao đổi anion hiệu suất cao [J]. Năng lượng Thiên nhiên, 2020, 5: 378 — 385.
Thời gian đăng: Feb-02-2023