AEM הוא במידה מסוימת הכלאה של PEM ואלקטרוליזה מסורתית מבוססת סודה קאוסטית. עקרון התא האלקטרוליטי של AEM מוצג באיור 3. בקתודה, מים עוברים חיזור לייצור מימן ו-OH-. OH- זורם דרך הסרעפת לאנודה, שם הוא מתאחד מחדש לייצור חמצן.
לי ועמיתיו [1-2] חקרו אלקטרוליזר מים בעל ביצועים גבוהים מבוסס פוליסטירן קווטרניזציה גבוהה ופוליפנילן AEM, והתוצאות הראו שצפיפות הזרם הייתה 2.7A/cm2 ב-85°C ובמתח של 1.8V. בעת שימוש ב-NiFe ו-PtRu/C כזרזים לייצור מימן, צפיפות הזרם ירדה משמעותית ל-906mA/cm2. צ'ן ועמיתיו [5] חקרו את היישום של זרז אלקטרוליטי יעיל במיוחד של מתכות לא אצילות באלקטרוליזר סרט פולימר אלקליין. תחמוצות NiMo עברו חיזור על ידי גזים H2/NH3, NH3, H2 ו-N2 בטמפרטורות שונות כדי לסנתז זרזים אלקטרוליטיים לייצור מימן. התוצאות מראות שלזרז NiMo-NH3/H2 עם חיזור H2/NH3 יש את הביצועים הטובים ביותר, עם צפיפות זרם של עד 1.0A/cm2 ויעילות המרת אנרגיה של 75% ב-1.57V ו-80°C. חברת Evonik Industries, המבוססת על טכנולוגיית ממברנות הפרדת גזים הקיימת שלה, פיתחה חומר פולימרי רשום בפטנט לשימוש בתאי אלקטרוליטיים של AEM וכעת מרחיבה את ייצור הממברנות בקו פיילוט. השלב הבא הוא לאמת את אמינות המערכת ולשפר את מפרטי הסוללות, תוך הגדלת הייצור.
כיום, האתגרים העיקריים העומדים בפני תאי אלקטרוליזה של AEM הם היעדר מוליכות גבוהה ועמידות בסיסית של AEM, והאלקטרו-קטליזטור של מתכות יקרות מגדיל את עלות ייצור המכשירים האלקטרוליטיים. במקביל, חדירת CO2 לסרט התא תפחית את התנגדות הסרט ואת התנגדות האלקטרודה, ובכך תפחית את ביצועי האלקטרוליזה. כיוון הפיתוח העתידי של אלקטרוליזר AEM הוא כדלקמן: 1. פיתוח AEM עם מוליכות גבוהה, סלקטיביות יונים ויציבות בסיסית ארוכת טווח. 2. התגברות על בעיית העלות הגבוהה של זרז מתכות יקרות, פיתוח זרז ללא מתכת יקרה ובעל ביצועים גבוהים. 3. נכון לעכשיו, עלות היעד של אלקטרוליזר AEM היא 20 דולר למ"ר, עלות שיש להפחית באמצעות חומרי גלם זולים והפחתת שלבי הסינתזה, על מנת להפחית את העלות הכוללת של אלקטרוליזר AEM. 4. הפחתת תכולת CO2 בתא האלקטרוליטי ושיפור ביצועי האלקטרוליזה.
[1] Liu L,Kohl P A. קופולימרים מרובי בלוקים מוליכי אניונים עם קטיונים קשורים שונים [J]. כתב העת למדעי הפולימרים חלק א': כימיה של פולימרים, 2018, 56(13): 1395 - 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, ואחרים. יונומרים מפוליסטירן רוואטרניזציה גבוהה עבור אלקטרוליזרים למים בעלי ביצועים גבוהים באמצעות ממברנת חילוף אניונים [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 - 385.
זמן פרסום: 2 בפברואר 2023