AEM tam tikru mastu yra PEM ir tradicinės diafragminės šarminės elektrolizės hibridas. AEM elektrolizės celės principas parodytas 3 paveiksle. Katode vanduo redukuojamas, kad susidarytų vandenilis, ir OH⁻. OH⁻ teka per diafragmą į anodą, kur jis vėl susijungia, kad susidarytų deguonis.
Li ir kt. [1-2] tyrė labai kvaternizuoto polistireno ir polifenileno AEM didelio našumo vandens elektrolizerį, ir rezultatai parodė, kad esant 85 °C temperatūrai ir 1,8 V įtampai, srovės tankis buvo 2,7 A/cm2. Naudojant NiFe ir PtRu/C kaip katalizatorius vandenilio gamybai, srovės tankis žymiai sumažėjo iki 906 mA/cm2. Chen ir kt. [5] tyrė didelio efektyvumo netauriųjų metalų elektrolizinio katalizatoriaus taikymą šarminės polimerinės plėvelės elektrolizeryje. NiMo oksidai buvo redukuoti H2/NH3, NH3, H2 ir N2 dujomis skirtingose temperatūrose, siekiant susintetinti elektrolizinio vandenilio gamybos katalizatorius. Rezultatai rodo, kad NiMo-NH3/H2 katalizatorius su H2/NH3 redukcija pasižymi geriausiomis savybėmis, jo srovės tankis siekia iki 1,0 A/cm2, o energijos konversijos efektyvumas – 75 % esant 1,57 V įtampai ir 80 °C temperatūrai. „Evonik Industries“, remdamasi esama dujų atskyrimo membranų technologija, sukūrė patentuotą polimerinę medžiagą, skirtą naudoti AEM elektrolitinėse ląstelėse, ir šiuo metu plečia membranų gamybą bandomojoje linijoje. Kitas žingsnis – patikrinti sistemos patikimumą ir pagerinti akumuliatorių specifikacijas, kartu didinant gamybą.
Šiuo metu pagrindiniai AEM elektrolizės elementų iššūkiai yra AEM nepakankamas laidumas ir atsparumas šarmams, o tauriųjų metalų elektrokatalizatorius padidina elektrolizės įrenginių gamybos sąnaudas. Tuo pačiu metu, į elemento plėvelę patekęs CO2 sumažins plėvelės ir elektrodo varžą, todėl sumažės elektrolizės našumas. Būsimos AEM elektrolizerio plėtros kryptys yra šios: 1. Sukurti AEM, pasižymintį dideliu laidumu, jonų selektyvumu ir ilgalaikiu šarminiu stabilumu. 2. Įveikti tauriųjų metalų katalizatoriaus didelės kainos problemą, sukurti katalizatorių be tauriųjų metalų ir pasižymintį dideliu našumu. 3. Šiuo metu tikslinė AEM elektrolizerio kaina yra 20 USD/m2, kurią reikia sumažinti pigiomis žaliavomis ir trumpinant sintezės etapus, kad sumažėtų bendros AEM elektrolizerio kainos. 4. Sumažinti CO2 kiekį elektrolizės elemente ir pagerinti elektrolizės našumą.
[1] Liu L, Kohl P A. Anijonus praleidžiantys daugiablokiniai kopolimerai su skirtingais prijungtais katijonais [J]. „Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry“, 2018, 56(13): 1395–1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W ir kt. Labai kvaternizuoti polistireno jonomeromai, skirti didelio našumo anijonų mainų membraniniams vandens elektrolizeriams [J]. „Nature Energy“, 2020, 5: 378–385.
Įrašo laikas: 2023 m. vasario 2 d.