AEM تا حدودی ترکیبی از PEM و الکترولیز قلیایی سنتی مبتنی بر دیافراگم است. اصل سلول الکترولیتی AEM در شکل 3 نشان داده شده است. در کاتد، آب برای تولید هیدروژن کاهش مییابد و OH-OH- از طریق دیافراگم به آند جریان مییابد، جایی که برای تولید اکسیژن دوباره ترکیب میشود.
لی و همکارانش [1-2] الکترولیزکننده آب با عملکرد بالای AEM پلیاستایرن و پلیفنیلن با کواترنری بالا را مورد مطالعه قرار دادند و نتایج نشان داد که چگالی جریان در دمای 85 درجه سانتیگراد با ولتاژ 1.8 ولت، 2.7 آمپر بر سانتیمتر مربع بود. هنگام استفاده از NiFe و PtRu/C به عنوان کاتالیزور برای تولید هیدروژن، چگالی جریان به طور قابل توجهی به 906 میلیآمپر بر سانتیمتر مربع کاهش یافت. چن و همکارانش [5] کاربرد کاتالیزور الکترولیتی فلز غیرنجیب با راندمان بالا را در الکترولیزکننده فیلم پلیمری قلیایی بررسی کردند. اکسیدهای NiMo توسط گازهای H2/NH3، NH3، H2 و N2 در دماهای مختلف کاهش یافتند تا کاتالیزورهای تولید هیدروژن الکترولیتی سنتز شوند. نتایج نشان میدهد که کاتالیزور NiMo-NH3/H2 با کاهش H2/NH3 بهترین عملکرد را دارد، با چگالی جریان تا 1.0 آمپر بر سانتیمتر مربع و راندمان تبدیل انرژی 75٪ در دمای 1.57 ولت و دمای 80 درجه سانتیگراد. شرکت Evonik Industries، بر اساس فناوری غشای جداسازی گاز موجود خود، یک ماده پلیمری ثبت اختراع شده برای استفاده در سلولهای الکترولیتی AEM توسعه داده است و در حال حاضر در حال گسترش تولید غشا در یک خط آزمایشی است. گام بعدی، تأیید قابلیت اطمینان سیستم و بهبود مشخصات باتری، ضمن افزایش تولید است.
در حال حاضر، چالشهای اصلی پیش روی سلولهای الکترولیتی AEM، عدم رسانایی بالا و مقاومت قلیایی AEM است و الکتروکاتالیست فلزات گرانبها هزینه تولید دستگاههای الکترولیتی را افزایش میدهد. در عین حال، ورود CO2 به فیلم سلول، مقاومت فیلم و مقاومت الکترود را کاهش میدهد و در نتیجه عملکرد الکترولیتی را کاهش میدهد. جهت توسعه آینده الکترولیز AEM به شرح زیر است: ۱. توسعه AEM با رسانایی بالا، گزینشپذیری یونی و پایداری قلیایی طولانی مدت. ۲. غلبه بر مشکل هزینه بالای کاتالیزور فلزات گرانبها، توسعه کاتالیزور بدون فلزات گرانبها و عملکرد بالا. ۳. در حال حاضر، هزینه هدف الکترولیز AEM 20 دلار در متر مربع است که باید از طریق مواد اولیه ارزان و کاهش مراحل سنتز کاهش یابد تا هزینه کلی الکترولیز AEM کاهش یابد. ۴. کاهش محتوای CO2 در سلول الکترولیتی و بهبود عملکرد الکترولیتی.
[1] لیو ال، کوهل پی ای. کوپلیمرهای چندبخشی رسانای آنیونی با کاتیونهای مهار شده مختلف [J]. مجله علوم پلیمر بخش الف: شیمی پلیمر، 2018، 56(13): 1395-1403.
[2] لی دی، پارک ای جی، ژو دبلیو و همکاران. یونومرهای پلی استایرن با کواترنری بالا برای الکترولیزکنندههای آب غشای تبادل آنیونی با کارایی بالا [J]. انرژی طبیعت، 2020، 5: 378 — 385.
زمان ارسال: فوریه-02-2023