AEM jest w pewnym stopniu hybrydą elektrolizy PEM i tradycyjnej elektrolizy ługowej z wykorzystaniem membrany. Zasada działania ogniwa elektrolitycznego AEM jest przedstawiona na rysunku 3. Na katodzie woda jest redukowana do wodoru i jonów OH-. OH- przepływa przez membranę do anody, gdzie ulega rekombinacji, wytwarzając tlen.
Li i in. [1-2] badali wysoko kwaternizowany polistyren i polifenylen AEM wysoko wydajny elektrolizer wody, a wyniki wykazały, że gęstość prądu wynosiła 2,7 A/cm2 przy 85°C przy napięciu 1,8 V. Przy użyciu NiFe i PtRu/C jako katalizatorów do produkcji wodoru gęstość prądu znacznie spadła do 906 mA/cm2. Chen i in. [5] badali zastosowanie wysokowydajnego katalizatora elektrolitycznego z metali nieszlachetnych w alkalicznym elektrolizerze polimerowym. Tlenki NiMo redukowano gazami H2/NH3, NH3, H2 i N2 w różnych temperaturach w celu syntezy katalizatorów elektrolitycznej produkcji wodoru. Wyniki pokazują, że katalizator NiMo-NH3/H2 z redukcją H2/NH3 ma najlepszą wydajność, z gęstością prądu do 1,0 A/cm2 i wydajnością konwersji energii 75% przy 1,57 V i 80°C. Firma Evonik Industries, bazując na swojej istniejącej technologii membran do separacji gazów, opracowała opatentowany materiał polimerowy do zastosowania w ogniwach elektrolitycznych AEM i obecnie rozszerza produkcję membran na linii pilotażowej. Kolejnym krokiem jest weryfikacja niezawodności systemu i poprawa parametrów technicznych baterii, przy jednoczesnym zwiększeniu skali produkcji.
Obecnie głównymi wyzwaniami stojącymi przed ogniwami elektrolitycznymi AEM są brak wysokiej przewodności i odporności na alkalia AEM, a elektrokatalizator z metali szlachetnych zwiększa koszty produkcji urządzeń elektrolitycznych. Jednocześnie CO2 wnikający do powłoki ogniwa zmniejsza jej rezystancję i rezystancję elektrody, co obniża wydajność elektrolityczną. Przyszły kierunek rozwoju elektrolizera AEM jest następujący: 1. Opracowanie AEM o wysokiej przewodności, selektywności jonowej i długotrwałej stabilności alkalicznej. 2. Pokonanie problemu wysokich kosztów katalizatora z metali szlachetnych, opracowanie katalizatora bez metali szlachetnych i o wysokiej wydajności. 3. Obecnie docelowy koszt elektrolizera AEM wynosi 20 USD/m2, który należy obniżyć dzięki tanim surowcom i skróceniu etapów syntezy, aby obniżyć całkowity koszt elektrolizera AEM. 4. Zmniejszenie zawartości CO2 w ogniwie elektrolitycznym i poprawa wydajności elektrolitycznej.
[1] Liu L,Kohl P A. Kopolimery blokowe wieloblokowe przewodzące aniony z różnymi kationami związanymi[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W i in. Wysoko kwaternizowane jonomery polistyrenu do wysokowydajnych elektrolizerów wody z membraną anionowymienną [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Czas publikacji: 02-02-2023