Pag-unlad at pagsusuri sa ekonomiya ng ion exchange membrane (AEM) hydroelectrolysis para sa produksyon ng hydrogen

Ang AEM ay isang hybrid ng PEM at tradisyonal na diaphragm based lye electrolysis. Ang prinsipyo ng AEM electrolytic cell ay ipinapakita sa Figure 3. Sa cathode, ang tubig ay nababawasan upang makagawa ng hydrogen at OH -. OH -- dumadaloy sa diaphragm patungo sa anode, kung saan ito muling nagsasama upang makagawa ng oxygen.

Li et al. [1-2] pinag-aralan ang mataas na quaternized polystyrene at polyphenylene AEM high-performance water electrolyzer, at ang mga resulta ay nagpakita na ang kasalukuyang density ay 2.7A/cm2 sa 85°C sa boltahe na 1.8V. Kapag gumagamit ng NiFe at PtRu/C bilang mga catalyst para sa produksyon ng hydrogen, ang kasalukuyang density ay bumaba nang malaki sa 906mA/cm2. Chen et al. [5] pinag-aralan ang aplikasyon ng high-efficiency non-noble metal electrolytic catalyst sa alkaline polymer film electrolyzer. Ang mga NiMo oxide ay nabawasan ng H2/NH3, NH3, H2 at N2 na mga gas sa iba't ibang temperatura upang ma-synthesize ang electrolytic hydrogen production catalysts. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang NiMo-NH3/H2 catalyst na may H2/NH3 reduction ay may pinakamahusay na performance, na may kasalukuyang density hanggang 1.0A/cm2 at energy conversion efficiency na 75% sa 1.57V at 80°C. Ang Evonik Industries, batay sa umiiral nitong teknolohiya sa separation membrane ng gas, ay nakabuo ng isang patentadong polymer na materyal para gamitin sa AEM electrolytic cells at kasalukuyang nagpapalawak ng produksyon ng lamad sa isang pilot line. Ang susunod na hakbang ay upang i-verify ang pagiging maaasahan ng system at pagbutihin ang mga detalye ng baterya, habang pinapataas ang produksyon.

Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing hamon na kinakaharap ng AEM electrolytic cells ay ang kakulangan ng mataas na conductivity at alkaline resistance ng AEM, at pinapataas ng mahalagang metal electrocatalyst ang gastos ng paggawa ng mga electrolytic device. Kasabay nito, ang pagpasok ng CO2 sa cell film ay magbabawas sa film resistance at electrode resistance, kaya binabawasan ang electrolytic performance. Ang hinaharap na direksyon ng pagbuo ng AEM electrolyzer ay ang mga sumusunod: 1. Bumuo ng AEM na may mataas na conductivity, ion selectivity at pangmatagalang alkaline stability. 2. Pagtagumpayan ang problema ng mataas na halaga ng mahalagang metal catalyst, bumuo ng katalista na walang mahalagang metal at mataas na pagganap. 3. Sa kasalukuyan, ang target na halaga ng AEM electrolyzer ay $20/m2, na kailangang bawasan sa pamamagitan ng murang mga hilaw na materyales at pinababang mga hakbang sa synthesis, upang mabawasan ang kabuuang halaga ng AEM electrolyzer. 4. Bawasan ang CO2 content sa electrolytic cell at pagbutihin ang electrolytic performance.

[1] Liu L,Kohl P A. Anion na nagsasagawa ng multiblock copolymer na may iba't ibang tethered cation[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Li D, Park E J, Zhu W,et al. Highly quaternized polystyrene ionomers para sa high performance anion exchange membrane water electrolysers[J]. Enerhiya ng Kalikasan, 2020, 5: 378 -- 385.