AEM je do neke mere hibrid PEM in tradicionalne elektrolize z lugom na osnovi diafragme. Načelo elektrolitske celice AEM je prikazano na sliki 3. Na katodi se voda reducira, da nastane vodik, in OH⁻. OH⁻ teče skozi diafragmo do anode, kjer se rekombinira in tvori kisik.
Li in sodelavci [1-2] so preučevali visokozmogljiv vodni elektrolizator AEM iz visoko kvaterniziranega polistirena in polifenilena, rezultati pa so pokazali, da je bila gostota toka 2,7 A/cm2 pri 85 °C in napetosti 1,8 V. Pri uporabi NiFe in PtRu/C kot katalizatorjev za proizvodnjo vodika se je gostota toka znatno zmanjšala na 906 mA/cm2. Chen in sodelavci [5] so preučevali uporabo visoko učinkovitega elektrolitskega katalizatorja iz neplemenitih kovin v elektrolizatorju z alkalnim polimernim filmom. Okside NiMo so reducirali s plini H2/NH3, NH3, H2 in N2 pri različnih temperaturah za sintezo elektrolitskih katalizatorjev za proizvodnjo vodika. Rezultati kažejo, da ima katalizator NiMo-NH3/H2 z redukcijo H2/NH3 najboljše delovanje, z gostoto toka do 1,0 A/cm2 in učinkovitostjo pretvorbe energije 75 % pri 1,57 V in 80 °C. Evonik Industries je na podlagi svoje obstoječe tehnologije membran za ločevanje plinov razvil patentiran polimerni material za uporabo v elektrolitskih celicah AEM in trenutno širi proizvodnjo membran na pilotni liniji. Naslednji korak je preverjanje zanesljivosti sistema in izboljšanje specifikacij baterij, hkrati pa povečanje proizvodnje.
Trenutno so glavni izzivi, s katerimi se soočajo elektrolitske celice AEM, pomanjkanje visoke prevodnosti in alkalne odpornosti AEM, elektrokatalizator iz plemenitih kovin pa povečuje stroške izdelave elektrolitskih naprav. Hkrati CO2, ki vstopa v film celice, zmanjšuje upornost filma in upornost elektrode, s čimer se zmanjšuje elektrolitska učinkovitost. Prihodnja smer razvoja elektrolizatorja AEM je naslednja: 1. Razvoj AEM z visoko prevodnostjo, ionsko selektivnostjo in dolgoročno alkalno stabilnostjo. 2. Premagovanje problema visokih stroškov katalizatorja iz plemenitih kovin, razvoj katalizatorja brez plemenitih kovin in visoke učinkovitosti. 3. Trenutni ciljni stroški elektrolizatorja AEM znašajo 20 USD/m2, kar je treba znižati s poceni surovinami in zmanjšanjem števila korakov sinteze, da se zmanjšajo skupni stroški elektrolizatorja AEM. 4. Zmanjšanje vsebnosti CO2 v elektrolitski celici in izboljšanje elektrolitske učinkovitosti.
[1] Liu L, Kohl P A. Anionsko prevodni večblokovni kopolimeri z različnimi vezanimi kationi [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395–1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W in sod. Visoko kvaternizirani polistirenski ionomeri za visokozmogljive vodne elektrolizatorje z anionsko izmenjevalno membrano [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Čas objave: 2. februar 2023