AEM je donekle hibrid PEM-a i tradicionalne elektrolize lužinom na bazi dijafragme. Princip AEM elektrolitičke ćelije prikazan je na slici 3. Na katodi se voda reducira kako bi se proizveo vodik, a OH⁻. OH⁻ teče kroz dijafragmu do anode, gdje se rekombinira kako bi se proizveo kisik.
Li i suradnici [1-2] proučavali su visokoučinkoviti elektrolizer vode AEM na bazi visokokvaterniziranog polistirena i polifenilena, a rezultati su pokazali da je gustoća struje bila 2,7 A/cm2 na 85 °C pri naponu od 1,8 V. Pri korištenju NiFe i PtRu/C kao katalizatora za proizvodnju vodika, gustoća struje značajno se smanjila na 906 mA/cm2. Chen i suradnici [5] proučavali su primjenu visokoučinkovitog elektrolitičkog katalizatora od neplemenitih metala u elektrolizeru s alkalnim polimernim filmom. NiMo oksidi su reducirani plinovima H2/NH3, NH3, H2 i N2 na različitim temperaturama kako bi se sintetizirali katalizatori za elektrolitičku proizvodnju vodika. Rezultati pokazuju da NiMo-NH3/H2 katalizator s redukcijom H2/NH3 ima najbolje performanse, s gustoćom struje do 1,0 A/cm2 i učinkovitošću pretvorbe energije od 75% na 1,57 V i 80 °C. Evonik Industries je, na temelju svoje postojeće tehnologije membrana za odvajanje plinova, razvio patentirani polimerni materijal za upotrebu u AEM elektrolitičkim ćelijama i trenutno proširuje proizvodnju membrana na pilot liniji. Sljedeći korak je provjera pouzdanosti sustava i poboljšanje specifikacija baterija, uz istovremeno povećanje proizvodnje.
Trenutno su glavni izazovi s kojima se suočavaju AEM elektrolitičke ćelije nedostatak visoke vodljivosti i alkalne otpornosti AEM-a, a elektrokatalizator od plemenitih metala povećava troškove proizvodnje elektrolitičkih uređaja. Istovremeno, CO2 koji ulazi u film ćelije smanjit će otpor filma i otpor elektrode, čime se smanjuju elektrolitičke performanse. Budući smjer razvoja AEM elektrolizatora je sljedeći: 1. Razvoj AEM-a s visokom vodljivošću, ionskom selektivnošću i dugoročnom alkalnom stabilnošću. 2. Prevladavanje problema visoke cijene katalizatora od plemenitih metala, razvoj katalizatora bez plemenitih metala i visokih performansi. 3. Trenutno je ciljana cijena AEM elektrolizatora 20 USD/m2, što je potrebno smanjiti jeftinim sirovinama i smanjenjem koraka sinteze, kako bi se smanjili ukupni troškovi AEM elektrolizatora. 4. Smanjenje sadržaja CO2 u elektrolitičkoj ćeliji i poboljšanje elektrolitičkih performansi.
[1] Liu L, Kohl P A. Anionski vodljivi višeblokovni kopolimeri s različitim vezanim kationima [J]. Časopis za polimernu znanost, dio A: Polimerna kemija, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W i dr. Visoko kvaternizirani polistirenski ionomeri za visokoučinkovite elektrolizatore vode s membranom za anionsku izmjenu [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Vrijeme objave: 02.02.2023.