AEM er til en vis grad en hybrid af PEM og traditionel diafragmabaseret ludelektrolyse. Princippet bag AEM-elektrolysecellen er vist i figur 3. Ved katoden reduceres vand for at producere hydrogen og OH-. OH- strømmer gennem membranen til anoden, hvor det rekombineres for at producere ilt.
Li et al. [1-2] undersøgte en højtydende vandelektrolysør med højkvaterniseret polystyren og polyphenylen AEM, og resultaterne viste, at strømtætheden var 2,7 A/cm2 ved 85 °C ved en spænding på 1,8 V. Ved brug af NiFe og PtRu/C som katalysatorer til hydrogenproduktion faldt strømtætheden signifikant til 906 mA/cm2. Chen et al. [5] undersøgte anvendelsen af højeffektive ikke-ædle metalelektrolytiske katalysatorer i alkaliske polymerfilmelektrolysører. NiMo-oxider blev reduceret med H2/NH3-, NH3-, H2- og N2-gasser ved forskellige temperaturer for at syntetisere elektrolytiske hydrogenproduktionskatalysatorer. Resultaterne viser, at NiMo-NH3/H2-katalysatoren med H2/NH3-reduktion har den bedste ydeevne med en strømtæthed på op til 1,0 A/cm2 og en energiomdannelseseffektivitet på 75 % ved 1,57 V og 80 °C. Evonik Industries har, baseret på sin eksisterende gasseparationsmembranteknologi, udviklet et patenteret polymermateriale til brug i AEM elektrolytiske celler og udvider i øjeblikket membranproduktionen på en pilotlinje. Det næste skridt er at verificere systemets pålidelighed og forbedre batterispecifikationerne, samtidig med at produktionen skaleres op.
De største udfordringer for AEM elektrolyseceller er i øjeblikket manglen på høj ledningsevne og alkaliresistens hos AEM, og ædelmetalelektrokatalysatoren øger omkostningerne ved fremstilling af elektrolytiske enheder. Samtidig vil CO2, der trænger ind i cellefilmen, reducere filmmodstanden og elektrodemodstanden, hvilket reducerer den elektrolytiske ydeevne. Den fremtidige udviklingsretning for AEM-elektrolysører er som følger: 1. Udvikle AEM med høj ledningsevne, ionselektivitet og langsigtet alkalisk stabilitet. 2. Overvinde problemet med de høje omkostninger ved ædelmetalkatalysatorer, udvikle katalysator uden ædelmetal og med høj ydeevne. 3. I øjeblikket er målprisen for AEM-elektrolysører $20/m2, hvilket skal reduceres gennem billige råmaterialer og færre syntesetrin for at reducere de samlede omkostninger ved AEM-elektrolysører. 4. Reducere CO2-indholdet i den elektrolytiske celle og forbedre den elektrolytiske ydeevne.
[1] Liu L, Kohl P A. Anionledende multiblokcopolymerer med forskellige bundne kationer [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Højt kvaterniserede polystyrenionomerer til højtydende anionbyttermembran-vandelektrolysører [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378-385.
Opslagstidspunkt: 2. februar 2023