AEM zināmā mērā ir PEM un tradicionālās diafragmas bāzes sārmu elektrolīzes hibrīds. AEM elektrolīzes šūnas princips ir parādīts 3. attēlā. Katodā ūdens tiek reducēts, veidojot ūdeņradi, un OH⁻. OH⁻ plūst caur diafragmu uz anodu, kur tas atkalapvienojas, veidojot skābekli.
Li et al. [1-2] pētīja ļoti kvaternizēta polistirola un polifenilēna AEM augstas veiktspējas ūdens elektrolizatoru, un rezultāti parādīja, ka strāvas blīvums bija 2,7 A/cm2 85°C temperatūrā un 1,8 V spriegumā. Izmantojot NiFe un PtRu/C kā katalizatorus ūdeņraža ražošanai, strāvas blīvums ievērojami samazinājās līdz 906 mA/cm2. Chen et al. [5] pētīja augstas efektivitātes necēlmetālu elektrolītiskā katalizatora pielietojumu sārmainā polimēra plēves elektrolizatorā. NiMo oksīdi tika reducēti ar H2/NH3, NH3, H2 un N2 gāzēm dažādās temperatūrās, lai sintezētu elektrolītiskos ūdeņraža ražošanas katalizatorus. Rezultāti liecina, ka NiMo-NH3/H2 katalizatoram ar H2/NH3 reducēšanu ir vislabākā veiktspēja, ar strāvas blīvumu līdz 1,0 A/cm2 un enerģijas konversijas efektivitāti 75% pie 1,57 V un 80°C. Evonik Industries, balstoties uz esošo gāzu atdalīšanas membrānu tehnoloģiju, ir izstrādājusi patentētu polimēru materiālu izmantošanai AEM elektrolītiskajās šūnās un pašlaik paplašina membrānu ražošanu pilotlīnijā. Nākamais solis ir pārbaudīt sistēmas uzticamību un uzlabot akumulatoru specifikācijas, vienlaikus palielinot ražošanu.
Pašlaik galvenās AEM elektrolītisko šūnu problēmas ir AEM nepietiekamā vadītspēja un sārmu izturība, un dārgmetālu elektrokatalizators palielina elektrolītisko ierīču ražošanas izmaksas. Vienlaikus CO2, kas nonāk šūnas plēvē, samazinās plēves pretestību un elektroda pretestību, tādējādi samazinot elektrolītisko veiktspēju. AEM elektrolizatora turpmākās attīstības virziens ir šāds: 1. Izstrādāt AEM ar augstu vadītspēju, jonu selektivitāti un ilgtermiņa sārmu stabilitāti. 2. Pārvarēt dārgmetālu katalizatora augsto izmaksu problēmu, izstrādāt katalizatoru bez dārgmetāliem un ar augstu veiktspēju. 3. Pašlaik AEM elektrolizatora mērķa izmaksas ir 20 USD/m2, kas jāsamazina, izmantojot lētas izejvielas un samazinot sintēzes soļus, lai samazinātu AEM elektrolizatora kopējās izmaksas. 4. Samazināt CO2 saturu elektrolītiskajā šūnā un uzlabot elektrolītisko veiktspēju.
[1] Liu L., Kohl P. A. Anjonus vadoši daudzbloku kopolimēri ar dažādiem piesaistītiem katjoniem [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395—1403.
[2] Li D., Parks E. Dž., Džu V. u. c. Augsti kvaternizēti polistirola jonomēri augstas veiktspējas anjonu apmaiņas membrānas ūdens elektrolizatoriem [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 2. februāris