AEM ở một mức độ nào đó là sự kết hợp giữa PEM và điện phân kiềm truyền thống dựa trên màng ngăn. Nguyên lý hoạt động của tế bào điện phân AEM được thể hiện trong Hình 3. Tại cực âm, nước bị khử để tạo ra hydro và OH⁻. OH⁻ chảy qua màng ngăn đến cực dương, nơi nó tái hợp để tạo ra oxy.
Li et al. [1-2] đã nghiên cứu máy điện phân nước hiệu suất cao AEM polystyrene và polyphenylene được quatern hóa cao, và kết quả cho thấy mật độ dòng điện là 2,7A/cm2 ở 85°C với điện áp 1,8V. Khi sử dụng NiFe và PtRu/C làm chất xúc tác để sản xuất hydro, mật độ dòng điện giảm đáng kể xuống còn 906mA/cm2. Chen et al. [5] đã nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác điện phân kim loại không quý hiệu suất cao trong máy điện phân màng polymer kiềm. Oxit NiMo được khử bằng khí H2/NH3, NH3, H2 và N2 ở các nhiệt độ khác nhau để tổng hợp chất xúc tác sản xuất hydro điện phân. Kết quả cho thấy chất xúc tác NiMo-NH3/H2 với quá trình khử bằng H2/NH3 có hiệu suất tốt nhất, với mật độ dòng điện lên đến 1,0A/cm2 và hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 75% ở 1,57V và 80°C. Dựa trên công nghệ màng tách khí hiện có, Evonik Industries đã phát triển một vật liệu polymer được cấp bằng sáng chế để sử dụng trong các tế bào điện phân AEM và hiện đang mở rộng sản xuất màng trên dây chuyền thí điểm. Bước tiếp theo là xác minh độ tin cậy của hệ thống và cải thiện thông số kỹ thuật của pin, đồng thời mở rộng quy mô sản xuất.
Hiện nay, những thách thức chính đối với các tế bào điện phân AEM là thiếu độ dẫn điện cao và khả năng kháng kiềm của màng AEM, và chất xúc tác điện hóa kim loại quý làm tăng chi phí sản xuất thiết bị điện phân. Đồng thời, CO2 xâm nhập vào màng tế bào sẽ làm giảm điện trở của màng và điện trở điện cực, do đó làm giảm hiệu suất điện phân. Hướng phát triển tương lai của máy điện phân AEM như sau: 1. Phát triển màng AEM có độ dẫn điện cao, tính chọn lọc ion và độ ổn định kiềm lâu dài. 2. Khắc phục vấn đề chi phí cao của chất xúc tác kim loại quý, phát triển chất xúc tác không chứa kim loại quý và có hiệu suất cao. 3. Hiện tại, chi phí mục tiêu của máy điện phân AEM là 20 USD/m2, cần được giảm xuống thông qua việc sử dụng nguyên liệu thô rẻ và giảm các bước tổng hợp, để giảm chi phí tổng thể của máy điện phân AEM. 4. Giảm hàm lượng CO2 trong tế bào điện phân và cải thiện hiệu suất điện phân.
[1] Liu L,Kohl P A. Các đồng trùng hợp đa khối dẫn anion với các cation liên kết khác nhau[J].Tạp chí Khoa học Polyme Phần A: Hóa học Polyme, 2018, 56(13): 1395 — 1403.
[2] Li D, Park EJ, Zhu W, et al. Ionomer polystyren được quatern hóa cao cho máy điện phân nước màng trao đổi anion hiệu suất cao[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 — 385.
Thời gian đăng bài: 02/02/2023