AEM je do jisté míry hybridem PEM a tradiční diafragmové louhové elektrolýzy. Princip elektrolýzy AEM je znázorněn na obrázku 3. Na katodě se voda redukuje za vzniku vodíku a OH⁻. OH⁻ proudí přes diafragmu k anodě, kde se rekombinuje za vzniku kyslíku.
Li a kol. [1-2] studovali vysoce výkonný vodní elektrolyzér AEM s vysoce kvarternizovaným polystyrenem a polyfenylenem a výsledky ukázaly, že proudová hustota byla 2,7 A/cm2 při 85 °C a napětí 1,8 V. Při použití NiFe a PtRu/C jako katalyzátorů pro výrobu vodíku se proudová hustota výrazně snížila na 906 mA/cm2. Chen a kol. [5] studovali použití vysoce účinného elektrolytického katalyzátoru z neušlechtilých kovů v alkalickém polymerním filmovém elektrolyzéru. Oxidy NiMo byly redukovány plyny H2/NH3, NH3, H2 a N2 při různých teplotách za účelem syntézy elektrolytických katalyzátorů pro výrobu vodíku. Výsledky ukazují, že katalyzátor NiMo-NH3/H2 s redukcí H2/NH3 má nejlepší výkon s proudovou hustotou až 1,0 A/cm2 a účinností přeměny energie 75 % při 1,57 V a 80 °C. Společnost Evonik Industries vyvinula na základě své stávající technologie membrán pro separaci plynů patentovaný polymerní materiál pro použití v elektrolytických článcích AEM a v současné době rozšiřuje výrobu membrán na pilotní lince. Dalším krokem je ověření spolehlivosti systému a zlepšení specifikací baterií a zároveň zvýšení výroby.
V současné době jsou hlavními výzvami, kterým čelí elektrolytické články AEM, nedostatek vysoké vodivosti a alkalické odolnosti AEM a elektrokatalyzátor z drahých kovů zvyšuje náklady na výrobu elektrolytických zařízení. Zároveň CO2 vstupující do filmu článku snižuje odpor filmu a odpor elektrody, a tím snižuje elektrolytický výkon. Budoucí směr vývoje elektrolyzéru AEM je následující: 1. Vyvinout AEM s vysokou vodivostí, iontovou selektivitou a dlouhodobou alkalickou stabilitou. 2. Překonat problém vysokých nákladů na katalyzátor z drahých kovů, vyvinout katalyzátor bez drahých kovů a s vysokým výkonem. 3. V současné době jsou cílové náklady na elektrolyzér AEM 20 USD/m2, které je třeba snížit levnými surovinami a snížením počtu syntetických kroků, aby se snížily celkové náklady na elektrolyzér AEM. 4. Snížit obsah CO2 v elektrolytickém článku a zlepšit elektrolytický výkon.
[1] Liu L, Kohl P A. Aniontově vodivé víceblokové kopolymery s různými vázanými kationty [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W a kol. Vysoce kvarternizované polystyrenové ionomery pro vysoce výkonné membránové elektrolyzéry vody s aniontovou výměnou [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Čas zveřejnění: 2. února 2023