AEM este, într-o oarecare măsură, un hibrid între PEM și electroliza tradițională cu leșie pe bază de diafragmă. Principiul celulei electrolitice AEM este prezentat în Figura 3. La catod, apa este redusă pentru a produce hidrogen și OH⁻. OH⁻ curge prin diafragmă către anod, unde se recombină pentru a produce oxigen.
Li și colab. [1-2] au studiat un electrolizor de apă de înaltă performanță AEM cu polistiren cuaternizat și polifenilenă, iar rezultatele au arătat că densitatea de curent a fost de 2,7 A/cm2 la 85°C la o tensiune de 1,8 V. Atunci când s-au utilizat NiFe și PtRu/C ca și catalizatori pentru producerea de hidrogen, densitatea de curent a scăzut semnificativ la 906 mA/cm2. Chen și colab. [5] au studiat aplicarea catalizatorului electrolitic de înaltă eficiență pe bază de metale nenobile în electrolizorul cu peliculă polimerică alcalină. Oxizii de NiMo au fost reduși cu gaze H2/NH3, NH3, H2 și N2 la diferite temperaturi pentru a sintetiza catalizatori electrolitici pentru producerea de hidrogen. Rezultatele arată că catalizatorul NiMo-NH3/H2 cu reducere H2/NH3 are cea mai bună performanță, cu o densitate de curent de până la 1,0 A/cm2 și o eficiență de conversie a energiei de 75% la 1,57 V și 80°C. Evonik Industries, bazându-se pe tehnologia sa existentă cu membrane de separare a gazelor, a dezvoltat un material polimeric brevetat pentru utilizare în celulele electrolitice AEM și extinde în prezent producția de membrane pe o linie pilot. Următorul pas este verificarea fiabilității sistemului și îmbunătățirea specificațiilor bateriei, crescând în același timp producția.
În prezent, principalele provocări cu care se confruntă celulele electrolitice AEM sunt lipsa conductivității ridicate și a rezistenței alcaline a AEM-ului, iar electrocatalizatorul pe bază de metale prețioase crește costul de fabricație al dispozitivelor electrolitice. În același timp, CO2-ul care pătrunde în pelicula celulei va reduce rezistența peliculei și rezistența electrodului, reducând astfel performanța electrolitică. Direcția viitoare de dezvoltare a electrolizorului AEM este următoarea: 1. Dezvoltarea de AEM cu conductivitate ridicată, selectivitate ionică și stabilitate alcalină pe termen lung. 2. Depășirea problemei costului ridicat al catalizatorului din metale prețioase, dezvoltarea unui catalizator fără metale prețioase și de înaltă performanță. 3. În prezent, costul țintă al electrolizorului AEM este de 20 USD/m2, care trebuie redus prin materii prime ieftine și etape de sinteză reduse, astfel încât să se reducă costul total al electrolizorului AEM. 4. Reducerea conținutului de CO2 din celula electrolitică și îmbunătățirea performanței electrolitice.
[1] Liu L, Kohl P A. Copolimeri multibloc conducători de anioni cu diferiți cationi legați [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W și colab. Ionomeri de polistiren cuaternizați pentru electrolizoare de apă cu membrană schimbătoare de anioni de înaltă performanță [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Data publicării: 02 februarie 2023