AEMは、PEMと従来の隔膜式水酸化ナトリウム電解法のハイブリッドと言える。AEM電解セルの原理を図3に示す。陰極では、水が還元されて水素とOH⁻が生成される。OH⁻は隔膜を通って陽極に流れ、そこで再結合して酸素を生成する。
Li ら [1-2] は、高度に四級化されたポリスチレンとポリフェニレン AEM 高性能水電解装置を研究し、その結果、85 °C、1.8 V の電圧で電流密度が 2.7 A/cm2 であることが示されました。水素製造の触媒として NiFe と PtRu/C を使用すると、電流密度は 906 mA/cm2 に大幅に低下しました。Chen ら [5] は、アルカリポリマーフィルム電解装置における高効率非貴金属電解触媒の応用を研究しました。NiMo 酸化物は、異なる温度で H2/NH3、NH3、H2、N2 ガスによって還元され、電解水素製造触媒が合成されました。結果は、H2/NH3 還元による NiMo-NH3/H2 触媒が最高の性能を示し、1.57 V、80 °C で電流密度が 1.0 A/cm2 に達し、エネルギー変換効率が 75% であることを示しています。エボニック・インダストリーズは、既存のガス分離膜技術を基に、AEM電解セルに使用する特許取得済みのポリマー材料を開発し、現在パイロットラインで膜の生産を拡大している。次のステップは、生産規模を拡大しながら、システムの信頼性を検証し、バッテリーの仕様を向上させることである。
現在、AEM電解セルが直面している主な課題は、AEMの高導電性と耐アルカリ性の不足、および貴金属電極触媒による電解装置の製造コストの増加です。同時に、セル膜に侵入するCO2は膜抵抗と電極抵抗を低下させ、電解性能を低下させます。AEM電解槽の今後の開発方向は次のとおりです。1. 高導電性、イオン選択性、長期アルカリ安定性を備えたAEMを開発する。2. 貴金属触媒の高コストの問題を克服し、貴金属を使用せず高性能な触媒を開発する。3. 現在、AEM電解槽の目標コストは20ドル/m2ですが、安価な原材料と合成工程の削減により、AEM電解槽の全体コストを削減する必要があります。4. 電解セル内のCO2含有量を削減し、電解性能を向上させる。
[1] Liu L,Kohl P A. 異なるテザーカチオンを有するアニオン伝導性マルチブロック共重合体[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. 高性能陰イオン交換膜水電解装置用高度四級化ポリスチレンイオノマー[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
投稿日時：2023年2月2日