Kemajuan dan analisis ekonomi hidroelektrolisis membran pertukaran ion (AEM) untuk pengeluaran hidrogen

AEM sedikit sebanyak merupakan hibrid PEM dan elektrolisis alkali berasaskan diafragma tradisional. Prinsip sel elektrolitik AEM ditunjukkan dalam Rajah 3. Di katod, air dikurangkan untuk menghasilkan hidrogen dan OH -. OH -- mengalir melalui diafragma ke anod, di mana ia bergabung semula untuk menghasilkan oksigen.

Li et al. [1-2] mengkaji polistirena dan polifenilena AEM berprestasi tinggi elektrolisis air yang sangat kuaternisasi, dan keputusan menunjukkan bahawa ketumpatan arus ialah 2.7A/cm2 pada 85°C pada voltan 1.8V. Apabila menggunakan NiFe dan PtRu/C sebagai pemangkin untuk pengeluaran hidrogen, ketumpatan arus menurun dengan ketara kepada 906mA/cm2. Chen et al. [5] mengkaji aplikasi pemangkin elektrolitik logam bukan mulia berkecekapan tinggi dalam elektrolisis filem polimer alkali. NiMo oksida telah dikurangkan oleh gas H2/NH3, NH3, H2 dan N2 pada suhu yang berbeza untuk mensintesis pemangkin pengeluaran hidrogen elektrolitik. Keputusan menunjukkan bahawa pemangkin NiMo-NH3/H2 dengan pengurangan H2/NH3 mempunyai prestasi terbaik, dengan ketumpatan arus sehingga 1.0A/cm2 dan kecekapan penukaran tenaga sebanyak 75% pada 1.57V dan 80°C. Evonik Industries, berdasarkan teknologi membran pemisahan gas sedia ada, telah membangunkan bahan polimer yang dipatenkan untuk digunakan dalam sel elektrolitik AEM dan kini sedang mengembangkan pengeluaran membran pada baris perintis. Langkah seterusnya adalah untuk mengesahkan kebolehpercayaan sistem dan menambah baik spesifikasi bateri, sambil meningkatkan pengeluaran.

Pada masa ini, cabaran utama yang dihadapi oleh sel elektrolitik AEM ialah kekurangan kekonduksian tinggi dan rintangan alkali AEM, dan elektromangkin logam berharga meningkatkan kos pembuatan peranti elektrolitik. Pada masa yang sama, CO2 yang memasuki filem sel akan mengurangkan rintangan filem dan rintangan elektrod, sekali gus mengurangkan prestasi elektrolitik. Arah pembangunan masa depan elektrolisis AEM adalah seperti berikut: 1. Membangunkan AEM dengan kekonduksian tinggi, pemilihan ion dan kestabilan alkali jangka panjang. 2. Mengatasi masalah kos tinggi pemangkin logam berharga, membangunkan pemangkin tanpa logam berharga dan prestasi tinggi. 3. Pada masa ini, kos sasaran elektrolisis AEM ialah $20 /m2, yang perlu dikurangkan melalui bahan mentah yang murah dan langkah sintesis yang dikurangkan, untuk mengurangkan kos keseluruhan elektrolisis AEM. 4. Mengurangkan kandungan CO2 dalam sel elektrolitik dan meningkatkan prestasi elektrolitik.

[1] Liu L,Kohl P A. Anion yang menjalankan kopolimer berbilang blok dengan kation tertambat berbeza[J].Jurnal Sains Polimer Bahagian A: Kimia Polimer, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Li D, Park E J, Zhu W,et al. Ionomer polistirena sangat kuaternisasi untuk elektrolisis air membran pertukaran anion berprestasi tinggi[J]. Tenaga Alam Semula Jadi, 2020, 5: 378 -- 385.