L'AEM és, fins a cert punt, un híbrid de PEM i l'electròlisi de lleixiu tradicional basada en diafragmes. El principi de la cel·la electrolítica AEM es mostra a la Figura 3. Al càtode, l'aigua es redueix per produir hidrogen i OH⁻. L'OH⁻ flueix a través del diafragma fins a l'ànode, on es recombina per produir oxigen.
Li et al. [1-2] van estudiar un electrolitzador d'aigua d'alt rendiment de poliestirè i polifenilè AEM altament quaternitzat, i els resultats van mostrar que la densitat de corrent era de 2,7 A/cm2 a 85 °C a un voltatge d'1,8 V. Quan es van utilitzar NiFe i PtRu/C com a catalitzadors per a la producció d'hidrogen, la densitat de corrent va disminuir significativament fins a 906 mA/cm2. Chen et al. [5] van estudiar l'aplicació d'un catalitzador electrolític de metalls no nobles d'alta eficiència en un electrolitzador de pel·lícula de polímer alcalina. Els òxids de NiMo es van reduir mitjançant gasos H2/NH3, NH3, H2 i N2 a diferents temperatures per sintetitzar catalitzadors de producció d'hidrogen electrolític. Els resultats mostren que el catalitzador NiMo-NH3/H2 amb reducció de H2/NH3 té el millor rendiment, amb una densitat de corrent de fins a 1,0 A/cm2 i una eficiència de conversió d'energia del 75% a 1,57 V i 80 °C. Evonik Industries, basant-se en la seva tecnologia de membranes de separació de gasos existent, ha desenvolupat un material polimèric patentat per al seu ús en cel·les electrolítiques AEM i actualment està ampliant la producció de membranes en una línia pilot. El següent pas és verificar la fiabilitat del sistema i millorar les especificacions de la bateria, alhora que s'augmenta la producció.
Actualment, els principals reptes als quals s'enfronten les cel·les electrolítiques AEM són la manca d'alta conductivitat i resistència alcalina de l'AEM, i l'electrocatalitzador de metalls preciosos augmenta el cost de fabricació de dispositius electrolítics. Al mateix temps, el CO2 que entra a la pel·lícula de la cel·la reduirà la resistència de la pel·lícula i la resistència de l'elèctrode, reduint així el rendiment electrolític. La direcció de desenvolupament futur de l'electrolitzador AEM és la següent: 1. Desenvolupar AEM amb alta conductivitat, selectivitat iònica i estabilitat alcalina a llarg termini. 2. Superar el problema de l'alt cost del catalitzador de metalls preciosos, desenvolupar un catalitzador sense metalls preciosos i d'alt rendiment. 3. Actualment, el cost objectiu de l'electrolitzador AEM és de 20 dòlars/m2, que cal reduir mitjançant matèries primeres barates i passos de síntesi reduïts, per tal de reduir el cost global de l'electrolitzador AEM. 4. Reduir el contingut de CO2 a la cel·la electrolítica i millorar el rendiment electrolític.
[1] Liu L, Kohl P A. Copolímers multibloc conductors d'anions amb diferents cations lligats [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ionòmers de poliestirè altament quaternitzats per a electrolitzadors d'aigua de membrana d'intercanvi d'anions d'alt rendiment [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378-385.
Data de publicació: 02-02-2023