AEM er til en viss grad en hybrid av PEM og tradisjonell diafragmabasert lutelektrolyse. Prinsippet bak AEM-elektrolysecellen er vist i figur 3. Ved katoden reduseres vann for å produsere hydrogen og OH⁻. OH⁻ strømmer gjennom diafragmaet til anoden, hvor det rekombineres for å produsere oksygen.
Li et al. [1-2] studerte en høyytelses vannelektrolysør med høykvaternisert polystyren og polyfenylen AEM, og resultatene viste at strømtettheten var 2,7 A/cm2 ved 85 °C og en spenning på 1,8 V. Ved bruk av NiFe og PtRu/C som katalysatorer for hydrogenproduksjon, sank strømtettheten betydelig til 906 mA/cm2. Chen et al. [5] studerte bruken av høyeffektive ikke-edelmetallelektrolytiske katalysatorer i alkaliske polymerfilmelektrolysører. NiMo-oksider ble redusert med H2/NH3-, NH3-, H2- og N2-gasser ved forskjellige temperaturer for å syntetisere elektrolytiske hydrogenproduksjonskatalysatorer. Resultatene viser at NiMo-NH3/H2-katalysatoren med H2/NH3-reduksjon har best ytelse, med strømtetthet opptil 1,0 A/cm2 og en energiomformingseffektivitet på 75 % ved 1,57 V og 80 °C. Evonik Industries har, basert på sin eksisterende gasseparasjonsmembranteknologi, utviklet et patentert polymermateriale for bruk i AEM elektrolyseceller og utvider for tiden membranproduksjonen på en pilotlinje. Neste trinn er å verifisere systemets pålitelighet og forbedre batterispesifikasjonene, samtidig som produksjonen skaleres opp.
For tiden er de største utfordringene AEM-elektrolyseceller står overfor mangelen på høy konduktivitet og alkaliresistens hos AEM, og edelmetallelektrokatalysatoren øker kostnadene ved produksjon av elektrolyseenheter. Samtidig vil CO2 som kommer inn i cellefilmen redusere filmmotstanden og elektrodemotstanden, og dermed redusere den elektrolytiske ytelsen. Den fremtidige utviklingsretningen for AEM-elektrolysøren er som følger: 1. Utvikle AEM med høy konduktivitet, ioneselektivitet og langsiktig alkalisk stabilitet. 2. Overvinne problemet med høye kostnader for edelmetallkatalysatorer, utvikle katalysator uten edelmetall og høy ytelse. 3. Foreløpig er målkostnaden for AEM-elektrolysøren $20/m2, som må reduseres gjennom billige råvarer og reduserte syntesetrinn, for å redusere den totale kostnaden for AEM-elektrolysøren. 4. Reduser CO2-innholdet i elektrolysecellen og forbedre elektrolytisk ytelse.
[1] Liu L, Kohl P A. Anionledende multiblokk-kopolymerer med forskjellige tettede kationer [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395–1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Høyt kvaterniserte polystyrenionomerer for høytytende vannelektrolysører med anionbyttermembran [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Publisert: 02.02.2023