Kemajuan dan analisis ekonomi hidroelektrolisis membran penukar ion (AEM) untuk produksi hidrogen

AEM sampai batas tertentu merupakan hibrida dari PEM dan elektrolisis alkali berbasis diafragma tradisional. Prinsip sel elektrolisis AEM ditunjukkan pada Gambar 3. Di katoda, air direduksi untuk menghasilkan hidrogen dan OH-. OH - mengalir melalui diafragma ke anoda, di mana ia bergabung kembali untuk menghasilkan oksigen.

Li dkk. [1-2] mempelajari elektroliser air kinerja tinggi polistiren dan polifenilena AEM yang sangat kuaterner, dan hasilnya menunjukkan bahwa kerapatan arus adalah 2,7A/cm2 pada suhu 85°C pada tegangan 1,8V. Saat menggunakan NiFe dan PtRu/C sebagai katalis untuk produksi hidrogen, densitas arus menurun secara signifikan menjadi 906mA/cm2. Chen dkk. [5] mempelajari penerapan katalis elektrolitik logam non-mulia dengan efisiensi tinggi dalam pengelektrolisis film polimer alkali. Oksida NiMo direduksi oleh gas H2/NH3, NH3, H2 dan N2 pada suhu yang berbeda untuk mensintesis katalis produksi hidrogen elektrolitik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa katalis NiMo-NH3/H2 dengan reduksi H2/NH3 memiliki kinerja terbaik, dengan kerapatan arus hingga 1,0A/cm2 dan efisiensi konversi energi sebesar 75% pada 1,57V dan 80°C. Evonik Industries, berdasarkan teknologi membran pemisahan gas yang ada, telah mengembangkan bahan polimer yang dipatenkan untuk digunakan dalam sel elektrolitik AEM dan saat ini memperluas produksi membran pada jalur percontohan. Langkah selanjutnya adalah memverifikasi keandalan sistem dan meningkatkan spesifikasi baterai, sambil meningkatkan produksi.

Saat ini, tantangan utama yang dihadapi sel elektrolitik AEM adalah kurangnya konduktivitas tinggi dan ketahanan alkalin dari AEM, dan elektrokatalis logam mulia meningkatkan biaya pembuatan perangkat elektrolitik. Pada saat yang sama, CO2 yang masuk ke film sel akan mengurangi resistansi film dan resistansi elektroda, sehingga menurunkan kinerja elektrolitik. Arah pengembangan elektroliser AEM ke depan adalah sebagai berikut: 1. Mengembangkan AEM dengan konduktivitas tinggi, selektivitas ion, dan stabilitas basa jangka panjang. 2. Mengatasi masalah mahalnya katalis logam mulia, mengembangkan katalis tanpa logam mulia dan berkinerja tinggi. 3. Saat ini, biaya target pengelektrolisis AEM adalah $20/m2, yang perlu dikurangi melalui bahan mentah yang murah dan langkah-langkah sintesis yang dikurangi, sehingga dapat mengurangi biaya keseluruhan pengelektrolisis AEM. 4. Kurangi kandungan CO2 dalam sel elektrolitik dan tingkatkan kinerja elektrolitik.

[1] Liu L,Kohl PA. Anion melakukan kopolimer multiblok dengan kation tertambat berbeda[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Li D, Park E J, Zhu W, dkk. Ionomer polistiren yang sangat kuaterner untuk elektroliser air membran penukar anion berperforma tinggi[J]. Energi Alam, 2020, 5: 378 -- 385.