AEM до известна степен е хибрид между PEM и традиционна диафрагмена електролиза с луга. Принципът на AEM електролитната клетка е показан на Фигура 3. На катода водата се редуцира, за да се получи водород, а OH⁻. OH⁻ преминава през диафрагмата към анода, където се рекомбинира, за да се получи кислород.
Ли и др. [1-2] са изследвали високоефективен воден електролизатор AEM с висококватернизиран полистирол и полифенилен и резултатите показват, че плътността на тока е 2,7 A/cm2 при 85°C и напрежение 1,8 V. При използване на NiFe и PtRu/C като катализатори за производство на водород, плътността на тока намалява значително до 906 mA/cm2. Чен и др. [5] са изследвали приложението на високоефективен електролитен катализатор от неблагородни метали в алкален полимерен филмов електролизатор. NiMo оксидите са редуцирани с H2/NH3, NH3, H2 и N2 газове при различни температури, за да се синтезират електролитни катализатори за производство на водород. Резултатите показват, че NiMo-NH3/H2 катализаторът с H2/NH3 редукция има най-добри резултати, с плътност на тока до 1,0 A/cm2 и ефективност на преобразуване на енергия от 75% при 1,57 V и 80°C. Evonik Industries, базирайки се на съществуващата си технология за мембрани за разделяне на газове, разработи патентован полимерен материал за използване в AEM електролитни клетки и в момента разширява производството на мембрани на пилотна линия. Следващата стъпка е да се провери надеждността на системата и да се подобрят спецификациите на батериите, като същевременно се увеличи мащабът на производството.
В момента основните предизвикателства пред AEM електролитните клетки са липсата на висока проводимост и алкална устойчивост на AEM, а електрокатализаторът от благородни метали увеличава разходите за производство на електролитни устройства. В същото време, CO2, навлизащ в клетъчния филм, ще намали съпротивлението на филма и съпротивлението на електрода, като по този начин намали електролитните характеристики. Бъдещата посока на развитие на AEM електролизера е следната: 1. Разработване на AEM с висока проводимост, йонна селективност и дългосрочна алкална стабилност. 2. Преодоляване на проблема с високата цена на катализатора от благородни метали, разработване на катализатор без благородни метали и с висока производителност. 3. В момента целевата цена на AEM електролизера е $20/m2, която трябва да бъде намалена чрез евтини суровини и намаляване на стъпките на синтез, за да се намали общата цена на AEM електролизера. 4. Намаляване на съдържанието на CO2 в електролитната клетка и подобряване на електролитните характеристики.
[1] Liu L, Kohl P A. Анионно проводими многоблокови съполимери с различни свързани катиони [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W и др. Висококватернизирани полистиренови йономери за високоефективни анионобменни мембранни електролизатори на вода [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Време на публикуване: 02 февруари 2023 г.