AEM on teatud määral PEM-i ja traditsioonilise diafragmal põhineva leeliselektrolüüsi hübriid. AEM-elektrolüüsikambri põhimõte on näidatud joonisel 3. Katoodil redutseeritakse vesi vesinikuks ja OH⁻-ks. OH⁻ voolab läbi diafragma anoodile, kus see taasühendub hapnikuks.
Li jt [1-2] uurisid tugevalt kvaterniseeritud polüstüreeni ja polüfenüleeni AEM suure jõudlusega veeelektrolüüserit ning tulemused näitasid, et voolutihedus oli temperatuuril 85 °C ja pingel 1,8 V 2,7 A/cm2. NiFe ja PtRu/C kasutamisel katalüsaatoritena vesiniku tootmisel vähenes voolutihedus oluliselt 906 mA/cm2-ni. Chen jt [5] uurisid suure efektiivsusega mitteväärismetallide elektrolüütilise katalüsaatori rakendamist leeliselises polümeerkile elektrolüüseris. NiMo oksiide redutseeriti H2/NH3, NH3, H2 ja N2 gaasidega erinevatel temperatuuridel, et sünteesida elektrolüütilisi vesiniku tootmise katalüsaatoreid. Tulemused näitavad, et H2/NH3 redutseerimisega NiMo-NH3/H2 katalüsaatoril on parim jõudlus, voolutihedusega kuni 1,0 A/cm2 ja energia muundamise efektiivsusega 75% pingel 1,57 V ja temperatuuril 80 °C. Evonik Industries on oma olemasolevale gaasieraldusmembraani tehnoloogiale tuginedes välja töötanud patenteeritud polümeermaterjali AEM elektrolüüsrakkudes kasutamiseks ning laiendab praegu membraanide tootmist katseliinil. Järgmine samm on süsteemi töökindluse kontrollimine ja akude spetsifikatsioonide täiustamine, suurendades samal ajal tootmist.
Praegu on AEM elektrolüüseri peamisteks väljakutseteks AEM-i madal juhtivus ja leeliseline vastupidavus ning väärismetallist elektrokatalüsaator suurendab elektrolüüseriseadmete tootmiskulusid. Samal ajal vähendab elemendi kilesse sattuv CO2 kile ja elektroodi takistust, mis omakorda halvendab elektrolüüseri jõudlust. AEM elektrolüüseri edasine arendussuund on järgmine: 1. Arendada välja AEM, millel on kõrge juhtivus, ioonide selektiivsus ja pikaajaline leeliseline stabiilsus. 2. Ületada väärismetallist katalüsaatori kõrge hinna probleem, arendades välja väärismetallivaba ja suure jõudlusega katalüsaatori. 3. Praegu on AEM elektrolüüseri sihtmaksumus 20 dollarit/m2, mida tuleb vähendada odavate toorainete ja sünteesietappide vähendamise abil, et vähendada AEM elektrolüüseri kogumaksumust. 4. Vähendada CO2 sisaldust elektrolüüserielemendis ja parandada elektrolüüseri jõudlust.
[1] Liu L, Kohl P A. Anioonjuhtivad mitmeplokk-kopolümeerid erinevate seotud katioonidega [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W jt. Tugevalt kvaterniseeritud polüstüreeni ionomeerid suure jõudlusega anioonvahetusmembraaniga veeelektrolüüsiseadmetele [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Postituse aeg: 02.02.2023