Прогрес та економічний аналіз гідроелектролізу на іонообмінній мембрані (АЕМ) для виробництва водню

AEM є певною мірою гібридом PEM і традиційного лужного електролізу на основі діафрагми. Принцип електролітичної комірки AEM показано на малюнку 3. На катоді вода відновлюється з утворенням водню та OH -. OH -- протікає через діафрагму до анода, де рекомбінує з утворенням кисню.

Лі та ін. [1-2] досліджували високопродуктивний водяний електролізер AEM із високою кватернізацією полістиролу та поліфенілену, і результати показали, що щільність струму становила 2,7 А/см2 при 85°C при напрузі 1,8 В. При використанні NiFe і PtRu/C як каталізаторів для виробництва водню щільність струму значно знизилася до 906 мА/см2. Чен та ін. [5] вивчали застосування високоефективного електролітичного каталізатора з неблагородних металів у лужному полімерно-плівковому електролізері. Оксиди NiMo були відновлені газами H2/NH3, NH3, H2 і N2 при різних температурах для синтезу каталізаторів електролітичного виробництва водню. Результати показують, що каталізатор NiMo-NH3/H2 із відновленням H2/NH3 має найкращу продуктивність із щільністю струму до 1,0 А/см2 та ефективністю перетворення енергії 75% при 1,57 В і 80°C. Компанія Evonik Industries на основі існуючої технології газороздільних мембран розробила запатентований полімерний матеріал для використання в електролітичних комірках AEM і зараз розширює виробництво мембран на пілотній лінії. Наступним кроком є ​​перевірка надійності системи та покращення характеристик батареї з одночасним збільшенням виробництва.

В даний час основними проблемами, з якими стикаються електролітичні елементи AEM, є відсутність високої провідності та лужної стійкості AEM, а електрокаталізатор із дорогоцінного металу збільшує вартість виробництва електролітичних пристроїв. У той же час CO2, що надходить у плівку комірки, зменшить опір плівки та опір електрода, таким чином зменшуючи електролітичні характеристики. Майбутній напрямок розвитку електролізера AEM такий: 1. Розробити AEM з високою провідністю, іонною селективністю та довготривалою лужною стабільністю. 2. Подолання проблеми високої вартості каталізатора дорогоцінного металу, розробка каталізатора без дорогоцінного металу та високої продуктивності. 3. Наразі цільова вартість електролізера AEM становить 20 доларів США/м2, яку необхідно зменшити за рахунок дешевої сировини та скорочення етапів синтезу, щоб зменшити загальну вартість електролізера AEM. 4. Зменшіть вміст CO2 в електролітичній комірці та покращте електролітичну продуктивність.

[1] Liu L, Kohl P A. Аніонопровідні мультиблок-сополімери з різними прив’язаними катіонами [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395-1403.

[2] Li D, Park E J, Zhu W та ін. Висококватернізовані іономери полістиролу для високоефективних електролізаторів води з аніонообмінною мембраною [J]. Енергія природи, 2020, 5: 378-385.