التقدم والتحليل الاقتصادي للتحليل الكهرومائي لغشاء التبادل الأيوني (AEM) لإنتاج الهيدروجين

AEM هو إلى حد ما مزيج من PEM والتحليل الكهربائي للغسول التقليدي القائم على الحجاب الحاجز. يظهر مبدأ الخلية الإلكتروليتية AEM في الشكل 3. عند الكاثود ، يتم تقليل الماء لإنتاج الهيدروجين و OH -. OH - يتدفق من خلال الحجاب الحاجز إلى القطب الموجب ، حيث يتحد لإنتاج الأكسجين.

لي وآخرون. [1-2] درس مُحَلِّل كهربي مائي عالي الأداء من البوليسترين الرباعي والبولي فينلين AEM ، وأظهرت النتائج أن كثافة التيار كانت 2.7A / سم 2 عند 85 درجة مئوية عند جهد 1.8 فولت. عند استخدام NiFe و PtRu / C كمحفزات لإنتاج الهيدروجين ، انخفضت كثافة التيار بشكل كبير إلى 906 مللي أمبير / سم 2. Chen et al. [5] درس استخدام محفز التحليل الكهربائي المعدني غير النبيل عالي الكفاءة في المحلل الكهربائي بغشاء بوليمر قلوي. تم تقليل أكاسيد NiMo بواسطة غازات H2 / NH3 و NH3 و H2 و N2 عند درجات حرارة مختلفة لتجميع محفزات إنتاج الهيدروجين الإلكتروليتي. أظهرت النتائج أن محفز NiMo-NH3 / H2 مع تقليل H2 / NH3 لديه أفضل أداء ، مع كثافة تيار تصل إلى 1.0A / سم 2 وكفاءة تحويل طاقة 75٪ عند 1.57 فولت و 80 درجة مئوية. قامت شركة Evonik Industries ، بناءً على تقنية غشاء فصل الغاز الحالية ، بتطوير مادة بوليمر حاصلة على براءة اختراع لاستخدامها في خلايا التحليل الكهربائي AEM وتقوم حاليًا بتوسيع إنتاج الأغشية على خط تجريبي. الخطوة التالية هي التحقق من موثوقية النظام وتحسين مواصفات البطارية مع زيادة الإنتاج.

في الوقت الحاضر ، تتمثل التحديات الرئيسية التي تواجه خلايا التحليل الكهربائي AEM في الافتقار إلى الموصلية العالية والمقاومة القلوية لـ AEM ، ويزيد المحفز الكهربائي المعدني الثمين من تكلفة تصنيع أجهزة التحليل الكهربائي. في الوقت نفسه ، سيقلل دخول ثاني أكسيد الكربون إلى فيلم الخلية من مقاومة الفيلم ومقاومة القطب ، وبالتالي تقليل أداء التحليل الكهربائي. اتجاه التطوير المستقبلي للمحلل الكهربائي AEM هو كما يلي: 1. تطوير AEM بموصلية عالية وانتقائية أيون واستقرار قلوي طويل المدى. 2. التغلب على مشكلة ارتفاع تكلفة محفز المعادن الثمينة ، وتطوير محفز بدون معادن ثمينة وعالية الأداء. 3. حاليًا ، التكلفة المستهدفة للمحلل الكهربائي AEM هي 20 دولارًا / م 2 ، والتي تحتاج إلى تقليلها من خلال المواد الخام الرخيصة وخطوات التخليق المخفضة ، وذلك لتقليل التكلفة الإجمالية للمحلل الكهربائي AEM. 4. تقليل محتوى ثاني أكسيد الكربون في الخلية الإلكتروليتية وتحسين الأداء الإلكتروليتي.

[1] Liu L، Kohl P A. Anion إجراء بوليمرات متعددة الكتل مع كاتيونات مرتبطة مختلفة [J] مجلة علوم البوليمر الجزء أ: كيمياء البوليمرات ، 2018 ، 56 (13): 1395 - 1403.

[2] Li D و Park E J و Zhu W وآخرون. المتضادات الشاردة البوليسترين الرباعية للغاية من أجل المحلل الكهربائي للماء ذو ​​الغشاء عالي الأداء [J]. نيتشر إنرجي ، 2020 ، 5:378 - 385.