AEM är till viss del en hybrid av PEM och traditionell diafragmabaserad lutelektrolys. Principen för AEM-elektrolytcellen visas i figur 3. Vid katoden reduceras vatten för att producera väte och OH⁻. OH⁻ flyter genom diafragman till anoden, där det rekombineras för att producera syre.
Li et al. [1-2] studerade högpresterande vattenelektrolysörer med högkvaterniserad polystyren och polyfenylen AEM, och resultaten visade att strömtätheten var 2,7 A/cm2 vid 85 °C vid en spänning på 1,8 V. Vid användning av NiFe och PtRu/C som katalysatorer för vätgasproduktion minskade strömtätheten avsevärt till 906 mA/cm2. Chen et al. [5] studerade tillämpningen av högeffektiva elektrolytiska katalysatorer av icke-ädelmetaller i alkaliska polymerfilmelektrolysörer. NiMo-oxider reducerades med H2/NH3-, NH3-, H2- och N2-gaser vid olika temperaturer för att syntetisera elektrolytiska vätgasproduktionskatalysatorer. Resultaten visar att NiMo-NH3/H2-katalysatorn med H2/NH3-reduktion har bäst prestanda, med strömtäthet upp till 1,0 A/cm2 och en energiomvandlingseffektivitet på 75 % vid 1,57 V och 80 °C. Evonik Industries har, baserat på sin befintliga gasseparationsmembranteknik, utvecklat ett patenterat polymermaterial för användning i AEM-elektrolytiska celler och utökar för närvarande membranproduktionen i en pilotlinje. Nästa steg är att verifiera systemets tillförlitlighet och förbättra batterispecifikationerna, samtidigt som produktionen skalas upp.
För närvarande är de största utmaningarna för AEM-elektrolytceller bristen på hög konduktivitet och alkalisk resistens hos AEM, och ädelmetallelektrokatalysatorn ökar kostnaden för tillverkning av elektrolytiska anordningar. Samtidigt kommer CO2 som tränger in i cellfilmen att minska filmresistansen och elektrodresistansen, vilket minskar den elektrolytiska prestandan. Den framtida utvecklingsriktningen för AEM-elektrolysörer är följande: 1. Utveckla AEM med hög konduktivitet, jonselektivitet och långsiktig alkalisk stabilitet. 2. Övervinna problemet med höga kostnader för ädelmetallkatalysatorer, utveckla katalysator utan ädelmetall och hög prestanda. 3. För närvarande är målkostnaden för AEM-elektrolysörer 20 USD/m2, vilket behöver minskas genom billiga råvaror och färre syntessteg, för att minska den totala kostnaden för AEM-elektrolysörer. 4. Minska CO2-halten i elektrolytcellen och förbättra elektrolytisk prestanda.
[1] Liu L, Kohl P A. Anjonledande multiblocksampolymerer med olika bundna katjoner [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Högkvaterniserade polystyrenjonomerer för högpresterande vattenelektrolysörer med anjonbytesmembran [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378–385.
Publiceringstid: 2 februari 2023