AEM, bir bakıma PEM ve geleneksel diyafram tabanlı lye elektrolizinin bir hibritidir. AEM elektrolitik hücresinin prensibi Şekil 3'te gösterilmiştir. Katotta, su indirgenerek hidrojen ve OH⁻ üretilir. OH⁻, diyaframdan anoda doğru akar ve burada yeniden birleşerek oksijen üretir.
Li ve ark. [1-2], yüksek oranda kuaternize edilmiş polistiren ve polifenilen AEM yüksek performanslı su elektrolizörünü incelemiş ve sonuçlar, 1,8 V voltajda 85 °C'de akım yoğunluğunun 2,7 A/cm2 olduğunu göstermiştir. Hidrojen üretimi için katalizör olarak NiFe ve PtRu/C kullanıldığında, akım yoğunluğu önemli ölçüde azalarak 906 mA/cm2'ye düşmüştür. Chen ve ark. [5], alkali polimer film elektrolizöründe yüksek verimli asil olmayan metal elektrolitik katalizörün uygulamasını incelemiştir. NiMo oksitler, elektrolitik hidrojen üretim katalizörleri sentezlemek için farklı sıcaklıklarda H2/NH3, NH3, H2 ve N2 gazları ile indirgenmiştir. Sonuçlar, H2/NH3 indirgemesi ile NiMo-NH3/H2 katalizörünün en iyi performansa sahip olduğunu, 1,57 V ve 80 °C'de 1,0 A/cm2'ye kadar akım yoğunluğu ve %75 enerji dönüşüm verimliliğine ulaştığını göstermektedir. Evonik Industries, mevcut gaz ayırma membran teknolojisine dayanarak, AEM elektrolitik hücrelerinde kullanılmak üzere patentli bir polimer malzeme geliştirdi ve şu anda pilot bir hatta membran üretimini genişletiyor. Bir sonraki adım, sistemin güvenilirliğini doğrulamak ve üretim ölçeğini artırırken pil özelliklerini iyileştirmektir.
Şu anda, AEM elektrolitik hücrelerinin karşılaştığı başlıca zorluklar, AEM'nin yüksek iletkenlik ve alkali direncine sahip olmaması ve değerli metal elektrokatalizörünün elektrolitik cihazların üretim maliyetini artırmasıdır. Aynı zamanda, hücre filmine giren CO2, film direncini ve elektrot direncini azaltarak elektrolitik performansı düşürecektir. AEM elektrolizörünün gelecekteki geliştirme yönü şu şekildedir: 1. Yüksek iletkenliğe, iyon seçiciliğine ve uzun süreli alkali kararlılığına sahip AEM geliştirmek. 2. Değerli metal katalizörünün yüksek maliyeti sorununu aşmak, değerli metal içermeyen ve yüksek performanslı katalizör geliştirmek. 3. Şu anda, AEM elektrolizörünün hedef maliyeti 20 $/m2'dir; bu, ucuz hammaddeler ve azaltılmış sentez adımları yoluyla düşürülerek AEM elektrolizörünün toplam maliyetinin azaltılması gerekmektedir. 4. Elektrolitik hücredeki CO2 içeriğini azaltmak ve elektrolitik performansı iyileştirmek.
[1] Liu L, Kohl P A. Farklı bağlı katyonlara sahip anyon iletken çok bloklu kopolimerler[J]. Polimer Bilimi Dergisi Bölüm A: Polimer Kimyası, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, ve diğerleri. Yüksek performanslı anyon değişim membranlı su elektrolizörleri için yüksek oranda kuaternize edilmiş polistiren iyonomerler[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Yayın tarihi: 02 Şubat 2023