AEM певною мірою є гібридом PEM та традиційного лугового електролізу на основі діафрагми. Принцип електролізної комірки AEM показано на рисунку 3. На катоді вода відновлюється з утворенням водню, а OH⁻. OH⁻ протікає через діафрагму до анода, де рекомбінує з утворенням кисню.
Лі та ін. [1-2] досліджували високопродуктивний водяний електролізер AEM з висококватернізованим полістиролом та поліфеніленом, і результати показали, що густина струму становила 2,7 А/см2 при 85°C та напрузі 1,8 В. При використанні NiFe та PtRu/C як каталізаторів для виробництва водню густина струму значно знизилася до 906 мА/см2. Чен та ін. [5] досліджували застосування високоефективного електролітичного каталізатора на основі неблагородних металів у лужному полімерному плівковому електролізері. Оксиди NiMo відновлювали газами H2/NH3, NH3, H2 та N2 при різних температурах для синтезу електролітичних каталізаторів для виробництва водню. Результати показують, що каталізатор NiMo-NH3/H2 з відновленням H2/NH3 має найкращі показники, з густиною струму до 1,0 А/см2 та ефективністю перетворення енергії 75% при 1,57 В та 80°C. Компанія Evonik Industries, спираючись на свою існуючу технологію газороздільних мембран, розробила запатентований полімерний матеріал для використання в електролітичних елементах AEM і наразі розширює виробництво мембран на пілотній лінії. Наступним кроком є перевірка надійності системи та покращення характеристик акумуляторів, одночасно збільшуючи виробництво.
Наразі основними проблемами, з якими стикаються електролітичні комірки AEM, є відсутність високої провідності та стійкості до лугів, а електрокаталізатор на основі дорогоцінних металів збільшує вартість виробництва електролітичних пристроїв. Водночас, потрапляння CO2 у плівку комірки зменшує опір плівки та опір електрода, тим самим знижуючи електролітичні характеристики. Майбутній напрямок розвитку електролізера AEM такий: 1. Розробка AEM з високою провідністю, іонною селективністю та довготривалою лужною стабільністю. 2. Подолання проблеми високої вартості каталізатора на основі дорогоцінних металів, розробка каталізатора без дорогоцінних металів та високої продуктивності. 3. Наразі цільова вартість електролізера AEM становить 20 доларів США/м2, яку необхідно знизити за рахунок дешевої сировини та скорочення кількості етапів синтезу, щоб знизити загальну вартість електролізера AEM. 4. Зменшення вмісту CO2 в електролітичній комірці та покращення електролітичних характеристик.
[1] Лю Л., Коль П. А. Аніонпровідні багатоблокові кополімери з різними зв'язаними катіонами [J]. Журнал полімерної науки, частина А: Хімія полімерів, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Лі Д., Парк Е. Дж., Чжу В. та ін. Висококватернізовані полістирольні іономери для високопродуктивних електролізерів води з аніонообмінними мембранами [J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Час публікації: 02 лютого 2023 р.