AEM je do istej miery hybridom PEM a tradičnej diafragmovej lúhovej elektrolýzy. Princíp elektrolytického článku AEM je znázornený na obrázku 3. Na katóde sa voda redukuje za vzniku vodíka a OH⁻. OH⁻ preteká cez diafragmu k anóde, kde sa rekombinuje za vzniku kyslíka.
Li a kol. [1-2] študovali vysoko výkonný vodný elektrolyzér AEM s vysoko kvarternizovaným polystyrénom a polyfenylénom a výsledky ukázali, že prúdová hustota bola 2,7 A/cm2 pri 85 °C a napätí 1,8 V. Pri použití NiFe a PtRu/C ako katalyzátorov na výrobu vodíka sa prúdová hustota výrazne znížila na 906 mA/cm2. Chen a kol. [5] študovali použitie vysoko účinného elektrolytického katalyzátora z neušľachtilých kovov v elektrolyzéri s alkalickými polymérnymi filmami. Oxidy NiMo boli redukované plynmi H2/NH3, NH3, H2 a N2 pri rôznych teplotách na syntézu elektrolytických katalyzátorov na výrobu vodíka. Výsledky ukazujú, že katalyzátor NiMo-NH3/H2 s redukciou H2/NH3 má najlepší výkon s prúdovou hustotou až 1,0 A/cm2 a účinnosťou premeny energie 75 % pri 1,57 V a 80 °C. Spoločnosť Evonik Industries vyvinula na základe svojej existujúcej technológie membrán na separáciu plynov patentovaný polymérny materiál na použitie v elektrolytických článkoch AEM a v súčasnosti rozširuje výrobu membrán na pilotnej linke. Ďalším krokom je overenie spoľahlivosti systému a zlepšenie špecifikácií batérií a zároveň zvýšenie výroby.
V súčasnosti sú hlavnými výzvami, ktorým čelia elektrolytické články AEM, nedostatočná vysoká vodivosť a odolnosť AEM voči zásadám a elektrokatalyzátor z drahých kovov zvyšuje náklady na výrobu elektrolytických zariadení. Zároveň CO2 vstupujúci do filmu článku znižuje odpor filmu a odpor elektródy, čím sa znižuje elektrolytický výkon. Budúci smer vývoja elektrolyzéra AEM je nasledovný: 1. Vyvinúť AEM s vysokou vodivosťou, iónovou selektivitou a dlhodobou alkalickou stabilitou. 2. Prekonať problém vysokých nákladov na katalyzátor z drahých kovov, vyvinúť katalyzátor bez drahých kovov a s vysokým výkonom. 3. V súčasnosti sú cieľové náklady na elektrolyzér AEM 20 USD/m2, ktoré je potrebné znížiť lacnými surovinami a znížením počtu syntetických krokov, aby sa znížili celkové náklady na elektrolyzér AEM. 4. Znížiť obsah CO2 v elektrolytickom článku a zlepšiť elektrolytický výkon.
[1] Liu L, Kohl P A. Aniónovo vodivé viacblokové kopolyméry s rôznymi viazanými katiónmi [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W a kol. Vysoko kvarternizované polystyrénové ionoméry pre vysokoúčinné vodné elektrolyzéry s membránovou výmenou aniónov [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Čas uverejnenia: 2. februára 2023