AEM เป็นลูกผสมระหว่าง PEM และการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิมโดยใช้ไดอะแฟรม หลักการทำงานของเซลล์ไฟฟ้าแบบ AEM แสดงในรูปที่ 3 ที่แคโทด น้ำจะถูกรีดิวซ์เพื่อผลิตไฮโดรเจนและ OH⁻ OH⁻ ไหลผ่านไดอะแฟรมไปยังแอโนด ซึ่งจะรวมตัวกันใหม่เพื่อผลิตออกซิเจน
Li และคณะ [1-2] ศึกษาเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงชนิด AEM ที่ทำจากโพลีสไตรีนควอเทอร์ไนซ์สูงและโพลีฟีนิลีน และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 2.7 A/cm2 ที่อุณหภูมิ 85 °C ที่แรงดัน 1.8 V เมื่อใช้ NiFe และ PtRu/C เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าลดลงอย่างมีนัยสำคัญเหลือ 906 mA/cm2 Chen และคณะ [5] ศึกษาการประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงที่ไม่ใช่โลหะมีค่าในเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าชนิดฟิล์มโพลีเมอร์อัลคาไลน์ ออกไซด์ NiMo ถูกรีดิวซ์ด้วยก๊าซ H2/NH3, NH3, H2 และ N2 ที่อุณหภูมิต่างๆ เพื่อสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้า ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยา NiMo-NH3/H2 ที่มีการลด H2/NH3 มีประสิทธิภาพดีที่สุด โดยมีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงถึง 1.0 A/cm2 และประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน 75% ที่ 1.57 V และ 80 °C บริษัท Evonik Industries ได้พัฒนาวัสดุพอลิเมอร์ที่จดสิทธิบัตรแล้วสำหรับใช้ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ AEM โดยอาศัยเทคโนโลยีเมมเบรนแยกก๊าซที่มีอยู่ และกำลังขยายการผลิตเมมเบรนในสายการผลิตนำร่อง ขั้นตอนต่อไปคือการตรวจสอบความน่าเชื่อถือของระบบและปรับปรุงคุณสมบัติของแบตเตอรี่ พร้อมทั้งขยายขนาดการผลิต
ปัจจุบัน ความท้าทายหลักที่เซลล์อิเล็กโทรไลติก AEM เผชิญอยู่คือ การขาดค่าการนำไฟฟ้าสูงและความต้านทานต่อด่างของ AEM และตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่เป็นโลหะมีค่าทำให้ต้นทุนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กโทรไลติกสูงขึ้น ในขณะเดียวกัน CO2 ที่เข้าไปในฟิล์มเซลล์จะลดความต้านทานของฟิล์มและความต้านทานของอิเล็กโทรด ทำให้ประสิทธิภาพการอิเล็กโทรไลซิสลดลง ทิศทางการพัฒนาในอนาคตของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM มีดังนี้: 1. พัฒนา AEM ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง การเลือกไอออนสูง และความเสถียรต่อด่างในระยะยาว 2. แก้ปัญหาต้นทุนสูงของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่า พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ใช้โลหะมีค่าและมีประสิทธิภาพสูง 3. ปัจจุบัน ต้นทุนเป้าหมายของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM อยู่ที่ 20 ดอลลาร์สหรัฐ/ตร.ม. ซึ่งจำเป็นต้องลดลงผ่านการใช้วัตถุดิบราคาถูกและลดขั้นตอนการสังเคราะห์ เพื่อลดต้นทุนโดยรวมของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM 4. ลดปริมาณ CO2 ในเซลล์อิเล็กโทรไลติกและปรับปรุงประสิทธิภาพการอิเล็กโทรไลซิส
[1] Liu L,Kohl P A. โคพอลิเมอร์มัลติบล็อกนำไฟฟ้าแอนไอออนที่มีแคตไอออนที่ยึดต่างกัน[J].วารสารวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ส่วนที่ A: เคมีพอลิเมอร์, 2018, 56(13): 1395 — 1403
[2] Li D, Park EJ, Zhu W และคณะ ไอโอโนเมอร์โพลีสไตรีนควอเทอร์ไนซ์สูงสำหรับเครื่องแยกน้ำด้วยเยื่อแลกเปลี่ยนไอออนลบประสิทธิภาพสูง[J] Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385
วันที่เผยแพร่: 2 กุมภาพันธ์ 2566