Сутегі алу үшін ион алмасу мембранасының (AEM) гидроэлектролизінің барысы және экономикалық талдауы

AEM белгілі бір дәрежеде PEM және дәстүрлі диафрагма негізіндегі сілті электролизінің гибриді болып табылады. AEM электролиттік элементінің принципі 3-суретте көрсетілген. Катодта су сутегі және OH - шығару үшін тотықсызданады. OH -- диафрагма арқылы анодқа ағады, онда ол оттегін өндіру үшін қайта біріктіріледі.

Ли және т.б. [1-2] жоғары квартирленген полистирол және полифениленді AEM жоғары өнімді су электролизерін зерттеді және нәтижелер токтың тығыздығы 1,8В кернеуде 85°С кезінде 2,7А/см2 болатынын көрсетті. NiFe және PtRu/C сутегін алу үшін катализатор ретінде пайдаланған кезде токтың тығыздығы 906мА/см2-ге дейін айтарлықтай төмендеді. Чен және т.б. [5] сілтілі полимерлі пленкалы электролизерде жоғары тиімді асыл емес электролиттік катализаторды қолдануды зерттеді. Электролиттік сутегі өндірісінің катализаторларын синтездеу үшін NiMo оксидтері әртүрлі температурада H2/NH3, NH3, H2 және N2 газдарымен тотықсыздандырылды. Нәтижелер H2/NH3 тотықсыздануы бар NiMo-NH3/H2 катализаторының ең жақсы өнімділікке ие екенін көрсетті, ток тығыздығы 1,0А/см2 дейін және энергияны түрлендіру тиімділігі 1,57В және 80°C кезінде 75%. Evonik Industries өзінің қолданыстағы газды бөлу мембраналық технологиясына негізделген AEM электролиттік жасушаларында пайдалану үшін патенттелген полимерлі материалды әзірледі және қазіргі уақытта пилоттық желіде мембрана өндірісін кеңейтуде. Келесі қадам - ​​жүйенің сенімділігін тексеру және аккумулятордың техникалық сипаттамаларын жақсарту, сонымен бірге өндірісті кеңейту.

Қазіргі уақытта AEM электролиттік элементтерінің алдында тұрған негізгі қиындықтар АЭМ-нің жоғары өткізгіштігі мен сілтілі кедергісінің жоқтығы болып табылады, ал бағалы металдың электрокатализаторы электролиттік құрылғыларды өндірудің өзіндік құнын арттырады. Сонымен қатар, жасуша пленкасына түсетін СО2 пленка кедергісін және электрод кедергісін төмендетеді, осылайша электролиттік өнімділікті төмендетеді. AEM электролизерінің болашақ даму бағыты келесідей: 1. Жоғары өткізгіштік, ион селективтілігі және ұзақ мерзімді сілтілі тұрақтылығы бар AEM әзірлеу. 2. Асыл металл катализаторының жоғары құны проблемасын жеңу, бағалы металсыз катализаторды әзірлеу және жоғары өнімділік. 3. Қазіргі уақытта AEM электролизерінің мақсатты құны $20 / м2 құрайды, оны AEM электролизерінің жалпы құнын төмендету үшін арзан шикізат пен синтез қадамдарын азайту арқылы азайту қажет. 4. Электролиттік ұяшықтағы CO2 мазмұнын азайтып, электролиттік өнімділікті жақсартыңыз.

[1] Liu L, Kohl P A. Анионды өткізетін мультиблокты сополимерлерді әр түрлі байланыстырылған катиондары[J]. Полимер ғылымының журналы А бөлімі: Полимер химиясы, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Ли Д, Пак Е Дж, Чжу В, т.б. Жоғары өнімділік анион алмасу мембраналық су электролизерлері үшін жоғары төртбұрышты полистирол иономерлер[J]. Табиғат энергиясы, 2020, 5: 378 -- 385.