Напредок и економска анализа на хидроелектролизата на јонска размена на мембрана (AEM) за производство на водород

AEM е до одреден степен хибрид на PEM и традиционална електролиза на луга базирана на дијафрагма. Принципот на AEM електролитичка ќелија е прикажан на слика 3. На катодата, водата се намалува за да произведе водород и OH -. OH -- тече низ дијафрагмата до анодата, каде што се рекомбинира за да произведе кислород.

Ли и сор. [1-2] проучувал висококватернизиран полистирен и полифенилен AEM електролизатор на вода со високи перформанси, а резултатите покажале дека густината на струјата била 2,7 А/см2 на 85°C при напон од 1,8 V. При користење на NiFe и PtRu/C како катализатори за производство на водород, густината на струјата значително се намали на 906mA/cm2. Чен и сор. [5] ја проучувал примената на високоефикасниот електролитски катализатор на неблагородни метали во електролизатор на алкални полимерни филмови. НиМо оксидите беа намалени со гасови H2/NH3, NH3, H2 и N2 на различни температури за да се синтетизираат катализатори за производство на електролитски водород. Резултатите покажуваат дека катализаторот NiMo-NH3/H2 со редукција на H2/NH3 има најдобри перформанси, со густина на струја до 1,0A/cm2 и ефикасност на конверзија на енергија од 75% на 1,57V и 80°C. Evonik Industries, врз основа на својата постоечка технологија на мембрана за сепарација на гас, разви патентиран полимерен материјал за употреба во електролитски ќелии AEM и моментално го проширува производството на мембрана на пилот линија. Следниот чекор е да се потврди веродостојноста на системот и да се подобрат спецификациите на батериите, додека се зголемува производството.

Во моментов, главните предизвици со кои се соочуваат AEM електролитичките ќелии се недостатокот на висока спроводливост и алкална отпорност на AEM, а електрокатализаторот од благородни метали ги зголемува трошоците за производство на електролитски уреди. Во исто време, CO2 што влегува во клеточниот филм ќе го намали отпорот на филмот и отпорноста на електродата, со што ќе се намалат електролитичките перформанси. Идниот развој на насоката на AEM електролизаторот е како што следува: 1. Развијте AEM со висока спроводливост, јонска селективност и долгорочна алкална стабилност. 2. Надминете го проблемот со високата цена на катализаторот на благородни метали, развијте катализатор без благороден метал и високи перформанси. 3. Во моментов, целната цена на AEM електролизаторот е 20 $ / m2, што треба да се намали преку евтини суровини и намалени чекори за синтеза, за да се намали вкупната цена на AEM електролизаторот. 4. Намалете ја содржината на CO2 во електролитичката ќелија и подобрите електролитски перформанси.

[1] Liu L,Kohl P A. Анјонски спроводливи мултиблокни кополимери со различни врзани катјони[J].Journal of Polymer Science Дел А: Полимерна хемија, 2018, 56(13): 1395 - 1403.

[2] Ли Д, Парк Е Ј, Жу В, и сор. Високо кватернизирани полистиренски јономери за електролизери на вода со мембрана за размена на анјони со високи перформанси[J]. Енергија на природата, 2020 година, 5: 378 -- 385.