Ջրածնի արտադրության համար իոնափոխանակման թաղանթային (ԱՓԹ) հիդրոէլեկտրոլիզի առաջընթացը և տնտեսական վերլուծությունը

ԱԷՄ-ը որոշ չափով ՊԷՄ-ի և ավանդական դիաֆրագմայի վրա հիմնված ալկալային էլեկտրոլիզի հիբրիդ է: ԱԷՄ էլեկտրոլիտիկ բջջի սկզբունքը ներկայացված է նկար 3-ում: Կաթոդում ջուրը վերականգնվում է՝ առաջացնելով ջրածին, իսկ OH-ը՝ OH-ը, հոսում է դիաֆրագմայի միջով դեպի անոդ, որտեղ այն վերամիավորվում է՝ առաջացնելով թթվածին:

Լի և այլք [1-2] ուսումնասիրել են բարձր քվատերնացված պոլիստիրոլային և պոլիֆենիլենային AEM բարձր արդյունավետության ջրային էլեկտրոլիզատորը, և արդյունքները ցույց են տվել, որ հոսանքի խտությունը կազմել է 2.7 Ա/սմ2 85°C ջերմաստիճանում և 1.8 Վ լարման դեպքում: Երբ NiFe և PtRu/C-ն օգտագործվել են որպես ջրածնի արտադրության կատալիզատորներ, հոսանքի խտությունը զգալիորեն նվազել է մինչև 906 մԱ/սմ2: Չենը և այլք [5] ուսումնասիրել են բարձր արդյունավետությամբ ոչ ազնիվ մետաղական էլեկտրոլիտիկ կատալիզատորի կիրառումը ալկալային պոլիմերային թաղանթային էլեկտրոլիզատորում: NiMo օքսիդները վերականգնվել են H2/NH3, NH3, H2 և N2 գազերով տարբեր ջերմաստիճաններում՝ էլեկտրոլիտիկ ջրածնի արտադրության կատալիզատորներ սինթեզելու համար: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ NiMo-NH3/H2 կատալիզատորը՝ H2/NH3 վերականգնմամբ, ունի լավագույն արդյունավետությունը՝ մինչև 1.0 Ա/սմ2 հոսանքի խտությամբ և 75% էներգիայի փոխակերպման արդյունավետությամբ 1.57 Վ և 80°C ջերմաստիճանում: «Էվոնիկ Ինդասթրիզ»-ը, հիմնվելով իր առկա գազերի բաժանման թաղանթային տեխնոլոգիայի վրա, մշակել է արտոնագրված պոլիմերային նյութ՝ AEM էլեկտրոլիտիկ բջիջներում օգտագործելու համար, և ներկայումս ընդլայնում է թաղանթային արտադրությունը փորձնական գծում: Հաջորդ քայլը համակարգի հուսալիության ստուգումն ու մարտկոցների տեխնիկական բնութագրերի բարելավումն է՝ միաժամանակ մեծացնելով արտադրությունը:

Ներկայումս AEM էլեկտրոլիտիկ բջիջների առջև ծառացած հիմնական մարտահրավերներն են AEM-ի բարձր հաղորդունակությունը և ալկալային դիմադրությունը, իսկ թանկարժեք մետաղի էլեկտրակատալիզատորը բարձրացնում է էլեկտրոլիտիկ սարքերի արտադրության արժեքը: Միևնույն ժամանակ, բջջային թաղանթ մուտք գործող CO2-ը կնվազեցնի թաղանթի դիմադրությունը և էլեկտրոդային դիմադրությունը, այդպիսով նվազեցնելով էլեկտրոլիտիկ կատարողականությունը: AEM էլեկտրոլիզատորի ապագա զարգացման ուղղությունը հետևյալն է. 1. Բարձր հաղորդունակությամբ, իոնային ընտրողականությամբ և երկարաժամկետ ալկալային կայունությամբ AEM-ի մշակում: 2. Թանկարժեք մետաղի կատալիզատորի բարձր արժեքի խնդրի հաղթահարում, թանկարժեք մետաղ չպարունակող և բարձր կատարողականությամբ կատալիզատորի մշակում: 3. Ներկայումս AEM էլեկտրոլիզատորի նպատակային արժեքը 20 դոլար/մ2 է, որը պետք է կրճատվի էժան հումքի և սինթեզի փուլերի կրճատման միջոցով՝ AEM էլեկտրոլիզատորի ընդհանուր արժեքը նվազեցնելու համար: 4. Էլեկտրոլիտիկ բջիջում CO2-ի պարունակության նվազեցում և էլեկտրոլիտիկ կատարողականի բարելավում:

[1] Լյու Լ, Կոլ Պ. Ա. Անիոհաղորդիչ բազմաբլոկային համապոլիմերներ տարբեր կապված կատիոններով [J]: Պոլիմերային գիտության հանդես, մաս A. Պոլիմերային քիմիա, 2018, 56(13): 1395 — 1403:

[2] Լի Դ, Պարկ ԷՋ, Չժու Վ և այլք։ Բարձր քվատերնացված պոլիստիրոլային իոնոմերներ բարձր արդյունավետությամբ անիոնափոխանակման թաղանթային ջրային էլեկտրոլիզատորների համար [Ջ]։ Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385։