Ioninvaihtokalvon (AEM) hydroelektrolyysin edistyminen ja taloudellinen analyysi vedyn tuotantoa varten

AEM on jossain määrin hybridi PEM:stä ja perinteisestä kalvopohjaisesta lipeäelektrolyysistä. AEM-elektrolyyttikennon periaate on esitetty kuvassa 3. Katodilla vesi pelkistetään tuottamaan vetyä ja OH -. OH - virtaa kalvon läpi anodille, jossa se yhdistyy uudelleen tuottaen happea.

Li et ai. [1-2] tutki erittäin kvaternisoitua polystyreeniä ja polyfenyleeniä AEM korkean suorituskyvyn vesielektrolysaattoria, ja tulokset osoittivat, että virrantiheys oli 2,7 A/cm2 85 °C:ssa 1,8 V:n jännitteellä. Käytettäessä NiFe:a ja PtRu/C:tä katalyytteinä vedyn tuotannossa virrantiheys laski merkittävästi arvoon 906 mA/cm2. Chen et ai. [5] tutki korkeatehoisen ei-jalometallielektrolyyttisen katalyytin käyttöä alkalipolymeerikalvoelektrolysaattorissa. NiMo-oksideja pelkistettiin H2/NH3-, NH3-, H2- ja N2-kaasuilla eri lämpötiloissa elektrolyyttisten vedyntuotantokatalyyttien syntetisoimiseksi. Tulokset osoittavat, että NiMo-NH3/H2-katalyytillä H2/NH3-vähennyksellä on paras suorituskyky, sillä virrantiheys on jopa 1,0 A/cm2 ja energian muuntotehokkuus 75 % 1,57 V:ssa ja 80 °C:ssa. Evonik Industries, joka perustuu olemassa olevaan kaasunerotuskalvoteknologiaansa, on kehittänyt patentoidun polymeerimateriaalin käytettäväksi AEM-elektrolyyttikennoissa ja laajentaa parhaillaan kalvotuotantoa pilottilinjalla. Seuraava askel on varmistaa järjestelmän luotettavuus ja parantaa akun teknisiä ominaisuuksia ja samalla lisätä tuotantoa.

Tällä hetkellä AEM-elektrolyyttikennojen suurimmat haasteet ovat AEM:n korkean johtavuuden ja alkalisen kestävyyden puute, ja jalometallisähkökatalysaattori lisää elektrolyyttisten laitteiden valmistuskustannuksia. Samanaikaisesti kennokalvoon saapuva CO2 vähentää kalvon vastusta ja elektrodin vastusta, mikä heikentää elektrolyyttistä suorituskykyä. AEM-elektrolysaattorin tuleva kehityssuunta on seuraava: 1. Kehitä AEM, jolla on korkea johtavuus, ioniselektiivisyys ja pitkäaikainen alkalinen stabiilisuus. 2. Selvitä jalometallikatalyytin korkeiden kustannusten ongelma, kehitä katalyytti ilman jalometallia ja korkea suorituskyky. 3. Tällä hetkellä AEM-elektrolysaattorin tavoitehinta on 20 dollaria/m2, jota on vähennettävä halpojen raaka-aineiden ja synteesivaiheiden vähentämisen avulla AEM-elektrolysaattorin kokonaiskustannusten alentamiseksi. 4. Vähennä CO2-pitoisuutta elektrolyyttikennossa ja paranna elektrolyyttistä suorituskykyä.

[1] Liu L, Kohl P A. Anionijohtavia monilohkokopolymeerejä, joissa on erilaisia ​​kytkettyjä kationeja [J]. Journal of Polymer Science Osa A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395-1403.

[2] Li D, Park E J, Zhu W, et ai. Erittäin kvaternisoidut polystyreeni-ionomeerit korkean suorituskyvyn anioninvaihtokalvovesielektrolysaattoreihin[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378-385.