Η AEM είναι σε κάποιο βαθμό ένα υβρίδιο της PEM και της παραδοσιακής ηλεκτρόλυσης με βάση το διάφραγμα. Η αρχή του ηλεκτρολυτικού στοιχείου AEM φαίνεται στο Σχήμα 3. Στην κάθοδο, το νερό ανάγεται για να παράγει υδρογόνο και το OH -. Το OH - ρέει μέσω του διαφράγματος στην άνοδο, όπου ανασυνδυάζεται για να παράγει οξυγόνο.
Οι Li et al. [1-2] μελέτησαν έναν ηλεκτρολύτη νερού υψηλής απόδοσης από τεταρτοταγές πολυστυρένιο και πολυφαινυλένιο AEM, και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πυκνότητα ρεύματος ήταν 2,7A/cm2 στους 85°C σε τάση 1,8V. Όταν χρησιμοποιήθηκαν NiFe και PtRu/C ως καταλύτες για την παραγωγή υδρογόνου, η πυκνότητα ρεύματος μειώθηκε σημαντικά στα 906mA/cm2. Οι Chen et al. [5] μελέτησαν την εφαρμογή ηλεκτρολυτικού καταλύτη υψηλής απόδοσης από μη ευγενή μέταλλα σε ηλεκτρολύτη φιλμ αλκαλικού πολυμερούς. Τα οξείδια NiMo ανήχθησαν από αέρια H2/NH3, NH3, H2 και N2 σε διαφορετικές θερμοκρασίες για τη σύνθεση ηλεκτρολυτικών καταλυτών παραγωγής υδρογόνου. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο καταλύτης NiMo-NH3/H2 με αναγωγή H2/NH3 έχει την καλύτερη απόδοση, με πυκνότητα ρεύματος έως 1,0A/cm2 και απόδοση μετατροπής ενέργειας 75% στα 1,57V και 80°C. Η Evonik Industries, βασιζόμενη στην υπάρχουσα τεχνολογία μεμβράνης διαχωρισμού αερίων, έχει αναπτύξει ένα κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας πολυμερές υλικό για χρήση σε ηλεκτρολυτικά στοιχεία AEM και αυτή τη στιγμή επεκτείνει την παραγωγή μεμβρανών σε πιλοτική γραμμή. Το επόμενο βήμα είναι η επαλήθευση της αξιοπιστίας του συστήματος και η βελτίωση των προδιαγραφών των μπαταριών, αυξάνοντας παράλληλα την παραγωγή.
Προς το παρόν, οι κύριες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα ηλεκτρολυτικά στοιχεία AEM είναι η έλλειψη υψηλής αγωγιμότητας και αλκαλικής αντίστασης των AEM, ενώ ο ηλεκτροκαταλύτης από πολύτιμα μέταλλα αυξάνει το κόστος κατασκευής ηλεκτρολυτικών συσκευών. Ταυτόχρονα, το CO2 που εισέρχεται στην μεμβράνη του στοιχείου θα μειώσει την αντίσταση της μεμβράνης και την αντίσταση των ηλεκτροδίων, μειώνοντας έτσι την ηλεκτρολυτική απόδοση. Η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης του ηλεκτρολύτη AEM είναι η εξής: 1. Ανάπτυξη AEM με υψηλή αγωγιμότητα, ιοντική επιλεκτικότητα και μακροπρόθεσμη αλκαλική σταθερότητα. 2. Υπερνίκηση του προβλήματος του υψηλού κόστους του καταλύτη πολύτιμων μετάλλων, ανάπτυξη καταλύτη χωρίς πολύτιμα μέταλλα και υψηλής απόδοσης. 3. Επί του παρόντος, το κόστος-στόχος του ηλεκτρολύτη AEM είναι 20 $/m2, το οποίο πρέπει να μειωθεί μέσω φθηνών πρώτων υλών και μειωμένων βημάτων σύνθεσης, ώστε να μειωθεί το συνολικό κόστος του ηλεκτρολύτη AEM. 4. Μείωση της περιεκτικότητας σε CO2 στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο και βελτίωση της ηλεκτρολυτικής απόδοσης.
[1] Liu L, Kohl P A. Ανιοντοαγώγιμα πολυσυσταδικά συμπολυμερή με διαφορετικά συνδεδεμένα κατιόντα [J].Journal of Polymer Science Μέρος A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ιονομερή πολυστυρενίου υψηλής τεταρτοταγοποίησης για ηλεκτρολύτες νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων υψηλής απόδοσης [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Φεβρουαρίου 2023