La AEM es, en cierta medida, un híbrido entre la PEM y la electrólisis tradicional con diafragma. El principio de funcionamiento de la celda electrolítica AEM se muestra en la Figura 3. En el cátodo, el agua se reduce para producir hidrógeno y OH⁻. El OH⁻ fluye a través del diafragma hacia el ánodo, donde se recombina para producir oxígeno.
Li et al. [1-2] estudiaron el electrolizador de agua de alto rendimiento AEM de poliestireno y polifenileno altamente cuaternizados, y los resultados mostraron que la densidad de corriente fue de 2,7 A/cm2 a 85 °C a un voltaje de 1,8 V. Cuando se utilizaron NiFe y PtRu/C como catalizadores para la producción de hidrógeno, la densidad de corriente disminuyó significativamente a 906 mA/cm2. Chen et al. [5] estudiaron la aplicación de un catalizador electrolítico de metal no noble de alta eficiencia en un electrolizador de película de polímero alcalino. Los óxidos de NiMo se redujeron con gases H2/NH3, NH3, H2 y N2 a diferentes temperaturas para sintetizar catalizadores de producción de hidrógeno electrolítico. Los resultados muestran que el catalizador NiMo-NH3/H2 con reducción de H2/NH3 tiene el mejor rendimiento, con una densidad de corriente de hasta 1,0 A/cm2 y una eficiencia de conversión de energía del 75 % a 1,57 V y 80 °C. Evonik Industries, basándose en su tecnología de membranas de separación de gases ya existente, ha desarrollado un material polimérico patentado para su uso en celdas electrolíticas AEM y actualmente está ampliando la producción de membranas en una línea piloto. El siguiente paso consiste en verificar la fiabilidad del sistema y mejorar las especificaciones de la batería, al tiempo que se incrementa la producción.
Actualmente, los principales desafíos que enfrentan las celdas electrolíticas AEM son la falta de alta conductividad y resistencia alcalina de la AEM, y el aumento del costo de fabricación de los dispositivos electrolíticos debido al electrocatalizador de metales preciosos. Al mismo tiempo, el CO2 que ingresa a la película de la celda reduce la resistencia de la película y la resistencia del electrodo, lo que reduce el rendimiento electrolítico. La dirección de desarrollo futuro del electrolizador AEM es la siguiente: 1. Desarrollar una AEM con alta conductividad, selectividad iónica y estabilidad alcalina a largo plazo. 2. Superar el problema del alto costo del catalizador de metales preciosos, desarrollando un catalizador sin metales preciosos y de alto rendimiento. 3. Actualmente, el costo objetivo del electrolizador AEM es de $20/m2, que debe reducirse mediante materias primas económicas y pasos de síntesis reducidos, para así disminuir el costo total del electrolizador AEM. 4. Reducir el contenido de CO2 en la celda electrolítica y mejorar el rendimiento electrolítico.
[1] Liu L, Kohl P A. Copolímeros multibloque conductores de aniones con diferentes cationes unidos [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ionómeros de poliestireno altamente cuaternizados para electrolizadores de agua con membrana de intercambio aniónico de alto rendimiento[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Fecha de publicación: 2 de febrero de 2023