AEM on jossain määrin PEM:n ja perinteisen diafragmapohjaisen lipeäelektrolyysin hybridi. AEM-elektrolyysikennon periaate on esitetty kuvassa 3. Katodilla vesi pelkistyy, jolloin muodostuu vetyä, ja OH⁻:ta. OH⁻ virtaa diafragman läpi anodille, jossa se yhdistyy uudelleen ja tuottaa happea.
Li ym. [1-2] tutkivat erittäin kvaternaarista polystyreeniä ja polyfenyleeniä käyttävää AEM-korkean suorituskyvyn vesielektrolyyseriä, ja tulokset osoittivat, että virrantiheys oli 2,7 A/cm2 85 °C:ssa ja 1,8 V:n jännitteellä. Kun vedyn tuotannossa käytettiin katalyytteinä NiFe:tä ja PtRu/C:tä, virrantiheys laski merkittävästi arvoon 906 mA/cm2. Chen ym. [5] tutkivat korkean hyötysuhteen omaavan epäjalometallielektrolyyttikatalyytin käyttöä emäksisessä polymeerikalvoelektrolyyserissä. NiMo-oksideja pelkistettiin H2/NH3-, NH3-, H2- ja N2-kaasuilla eri lämpötiloissa elektrolyyttisten vedyn tuotantokatalyyttien syntetisoimiseksi. Tulokset osoittavat, että H2/NH3-pelkistystä käyttävällä NiMo-NH3/H2-katalyytillä on paras suorituskyky, virrantiheyden ollessa jopa 1,0 A/cm2 ja energianmuunnostehokkuuden ollessa 75 % 1,57 V:ssa ja 80 °C:ssa. Evonik Industries on kehittänyt olemassa olevaan kaasunerotuskalvoteknologiaansa perustuen patentoidun polymeerimateriaalin AEM-elektrolyysikennoissa käytettäväksi ja laajentaa parhaillaan kalvotuotantoa pilottilinjalla. Seuraava vaihe on järjestelmän luotettavuuden varmistaminen ja akkujen teknisten tietojen parantaminen samalla, kun tuotantoa skaalataan.
Tällä hetkellä AEM-elektrolyysikennojen suurimmat haasteet ovat AEM:n heikon johtavuuden ja alkalinkestävyyden lisäksi jalometallikatalyytin käyttö lisää elektrolyyttisten laitteiden valmistuskustannuksia. Samaan aikaan kennokalvoon pääsevä CO2 pienentää kalvon ja elektrodin vastusta, mikä heikentää elektrolyysin suorituskykyä. AEM-elektrolyyserin tulevaisuuden kehityssuunta on seuraava: 1. Kehitetään AEM, jolla on korkea johtavuus, ioniselektiivisyys ja pitkäaikainen alkalinen stabiilius. 2. Ratkaistaan jalometallikatalyyttien korkeiden kustannusten ongelma kehittämällä jalometalliton ja suorituskykyinen katalyytti. 3. AEM-elektrolyyserin nykyinen tavoitekustannus on 20 dollaria/m2, jota on alennettava halpojen raaka-aineiden ja synteesivaiheiden vähentämisen avulla AEM-elektrolyyserin kokonaiskustannusten alentamiseksi. 4. Vähennetään elektrolyysikennon CO2-pitoisuutta ja parannetaan elektrolyysin suorituskykyä.
[1] Liu L, Kohl P A. Anionia johtavat monilohkopolymeerit, joissa on erilaisia sidottuja kationeja [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W ym. Erittäin kvaternäärisiä polystyreeni-ionomeereja tehokkaisiin anioninvaihtokalvovesielektrolyysereihin [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Julkaisun aika: 02.02.2023