AEM sampai batas tertentu merupakan hibrida dari PEM dan elektrolisis alkali berbasis diafragma tradisional. Prinsip sel elektrolitik AEM ditunjukkan pada Gambar 3. Di katoda, air direduksi untuk menghasilkan hidrogen dan OH⁻. OH⁻ mengalir melalui diafragma ke anoda, di mana ia bergabung kembali untuk menghasilkan oksigen.
Li et al. [1-2] mempelajari elektroliser air berkinerja tinggi AEM polistirena dan polifenilena yang sangat terkuaternasi, dan hasilnya menunjukkan bahwa kerapatan arus adalah 2,7 A/cm2 pada 85 °C pada tegangan 1,8 V. Ketika menggunakan NiFe dan PtRu/C sebagai katalis untuk produksi hidrogen, kerapatan arus menurun secara signifikan menjadi 906 mA/cm2. Chen et al. [5] mempelajari aplikasi katalis elektrolitik logam non-mulia efisiensi tinggi dalam elektroliser film polimer alkali. Oksida NiMo direduksi oleh gas H2/NH3, NH3, H2 dan N2 pada suhu yang berbeda untuk mensintesis katalis produksi hidrogen elektrolitik. Hasilnya menunjukkan bahwa katalis NiMo-NH3/H2 dengan reduksi H2/NH3 memiliki kinerja terbaik, dengan kerapatan arus hingga 1,0 A/cm2 dan efisiensi konversi energi 75% pada 1,57 V dan 80 °C. Evonik Industries, berdasarkan teknologi membran pemisahan gas yang sudah ada, telah mengembangkan material polimer yang dipatenkan untuk digunakan dalam sel elektrolitik AEM dan saat ini sedang memperluas produksi membran pada jalur percontohan. Langkah selanjutnya adalah memverifikasi keandalan sistem dan meningkatkan spesifikasi baterai, sambil meningkatkan skala produksi.
Saat ini, tantangan utama yang dihadapi sel elektrolitik AEM adalah kurangnya konduktivitas tinggi dan ketahanan alkali pada AEM, serta peningkatan biaya pembuatan perangkat elektrolitik akibat penggunaan elektrokatalis logam mulia. Pada saat yang sama, masuknya CO2 ke dalam lapisan sel akan mengurangi resistansi lapisan dan resistansi elektroda, sehingga menurunkan kinerja elektrolitik. Arah pengembangan elektroliser AEM di masa depan adalah sebagai berikut: 1. Mengembangkan AEM dengan konduktivitas tinggi, selektivitas ion, dan stabilitas alkali jangka panjang. 2. Mengatasi masalah biaya tinggi katalis logam mulia, mengembangkan katalis tanpa logam mulia dan berkinerja tinggi. 3. Saat ini, target biaya elektroliser AEM adalah $20/m2, yang perlu dikurangi melalui bahan baku murah dan pengurangan tahapan sintesis, sehingga dapat mengurangi biaya keseluruhan elektroliser AEM. 4. Mengurangi kandungan CO2 dalam sel elektrolitik dan meningkatkan kinerja elektrolitik.
[1] Liu L, Kohl P A. Kopolimer multiblok penghantar anion dengan kation terikat yang berbeda[J]. Jurnal Ilmu Polimer Bagian A: Kimia Polimer, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ionomer polistirena terkuaternasi tinggi untuk elektroliser air membran pertukaran anion berkinerja tinggi[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Waktu posting: 02 Februari 2023