Напредак и економска анализа хидроелектролизе јоноизмењивачке мембране (АЕМ) за производњу водоника

АЕМ је у извесној мери хибрид ПЕМ-а и традиционалне електролизе на бази дијафрагме. Принцип рада АЕМ електролитичке ћелије је приказан на слици 3. На катоди се вода редукује да би се произвео водоник и ОХ -. ОХ -- тече кроз дијафрагму до аноде, где се рекомбинује да би произвео кисеоник.

Ли ет ал. [1-2] проучавали су висококватернизовани полистирен и полифенилен АЕМ електролизер воде високих перформанси, а резултати су показали да је густина струје била 2,7А/цм2 на 85°Ц при напону од 1,8В. Када се користе НиФе и ПтРу/Ц као катализатори за производњу водоника, густина струје се значајно смањила на 906мА/цм2. Цхен ет ал. [5] проучавао је примену високоефикасног електролитичког катализатора неплеменитих метала у електролизеру са алкалним полимерним филмом. НиМо оксиди су редуковани гасовима Х2/НХ3, НХ3, Х2 и Н2 на различитим температурама да би се синтетизовали електролитички катализатори за производњу водоника. Резултати показују да НиМо-НХ3/Х2 катализатор са редукцијом Х2/НХ3 има најбоље перформансе, са густином струје до 1,0А/цм2 и ефикасношћу конверзије енергије од 75% на 1,57В и 80°Ц. Евоник Индустриес, на основу постојеће технологије мембране за одвајање гаса, развила је патентирани полимерни материјал за употребу у АЕМ електролитичким ћелијама и тренутно проширује производњу мембрана на пилот линији. Следећи корак је провера поузданости система и побољшање спецификација батерија, уз повећање производње.

Тренутно, главни изазови са којима се суочавају АЕМ електролитичке ћелије су недостатак високе проводљивости и алкалне отпорности АЕМ-а, а електрокатализатор племенитих метала повећава цену производње електролитичких уређаја. Истовремено, ЦО2 који улази у ћелијски филм ће смањити отпор филма и отпор електроде, смањујући тако електролитичке перформансе. Будући правац развоја АЕМ електролизера је следећи: 1. Развити АЕМ са високом проводљивошћу, селективношћу јона и дуготрајном алкалном стабилношћу. 2. Превазиђите проблем високе цене катализатора племенитих метала, развијте катализатор без племенитог метала и високе перформансе. 3. Тренутно, циљни трошак АЕМ електролизера је 20 УСД/м2, који треба да се смањи кроз јефтине сировине и смањене кораке синтезе, како би се смањила укупна цена АЕМ електролизера. 4. Смањите садржај ЦО2 у електролитичкој ћелији и побољшајте електролитичке перформансе.

[1] Лиу Л, Кохл П А. Ањонски проводни мултиблок кополимери са различитим везаним катјонима [Ј]. Јоурнал оф Полимер Сциенце Парт А: Полимер Цхемистри, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Ли Д, Парк Е Ј, Зху В, ет ал. Високо кватернизовани полистиренски јономери за водене електролизере са ањоноизмењивачким мембранама високих перформанси[Ј]. Енергија природе, 2020, 5: 378 -- 385.