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Neue Hoffnung für die Wasserelektrolyse: Wie kann die AEM-Elektrolysetechnologie unsere Energiezukunft verändern?
Da die weltweite Nachfrage nach erneuerbaren Energien weiter steigt, steht die traditionelle Wasserelektrolysetechnologie vor Leistungs- und Kostenproblemen. Das jüngste Aufkommen der Elektrolysetechnologie mit Anionenaustauschmembranen (AEM) scheint uns jedoch neue Hoffnung zu geben. Diese Technologie spaltet nicht nur effektiv Wasser, um Wasserstoff zu erzeugen, sondern reduziert auch die Kosten und die Abhängigkeit von seltenen Edelmetallkatalysatoren, was ihr enormes Potenzial für die zukünftige Energiewende demonstriert.
Die AEM-Elektrolysetechnologie bietet eine Plattform, die die Vorteile der herkömmlichen alkalischen Wasserelektrolyse und der Protonenaustauschmembranelektrolyse kombiniert.
Vorteile und Herausforderungen
Vorteile
Der Hauptvorteil der AEM-Elektrolyse besteht darin, dass kostengünstige Übergangsmetallkatalysatoren anstelle teurer Edelmetallkatalysatoren wie Platin und Wismut verwendet werden können. Dies bedeutet, dass wir die Gesamtproduktionskosten senken können, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Im Vergleich zur herkömmlichen PEM-Elektrolyse weisen Systeme mit AEM-Elektrolyse erhebliche Verbesserungen hinsichtlich Umweltbelastung, Kosten und anderen Aspekten auf.
Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass die Wasserstoff-Crossover-Rate des AEM-Elektrolyseurs unter 0,4 % gehalten werden kann und seine Effizienz besser ist als bei anderen Technologien. Der AEM-Elektrolyseur kann in reinem Wasser oder leicht alkalischen Lösungen betrieben werden, was nicht nur das Risiko eines Flüssigkeitsaustritts verringert, sondern auch die Leitfähigkeit der Membran verbessert und die Ausnutzung des Katalysators steigert.
Herausforderung
Obwohl die AEM-Elektrolysetechnologie verschiedene Vorteile bietet, steht sie dennoch vor einigen Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Haltbarkeit der Membran. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass die Lebensdauer von AEM-Elektrolyseuren zwar mehrere tausend Stunden erreicht hat, aber immer noch weit unter der Lebensdauer von PEM-Elektrolyseuren liegt. Daher steht die Verbesserung der Haltbarkeit und Ionenleitfähigkeit von AEM im Mittelpunkt zukünftiger Forschung.
Kurzfristig bleibt die geringe Haltbarkeit eine große Hürde, die es bei der Kommerzialisierung von AEMs zu überwinden gilt.
Wissenschaftliche Prinzipien
Im AEM-Elektrolysereaktionsprozess sind die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) und die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) wichtige chemische Reaktionen. OER benötigt vier Elektronen, um ein Sauerstoffmolekül zu erzeugen, und dabei werden mehrere OH-Anionen verbraucht. Dadurch erhöht sich die Energiebarriere für die Reaktion, was sich auf die Gesamtleistung auswirkt. Im Gegensatz dazu ist die Kinetik von Wasserstoffentwicklungsreaktionen in alkalischen Umgebungen relativ langsam und erfordert zusätzliche Energie, um die Zwischenprodukte abzubauen, die Wasserstoff freisetzen.
Membran-Elektroden-Baugruppe
Die Struktur der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ist der Schlüssel zum AEM-Elektrolysesystem. Die Katalysatorschicht besteht aus Anoden- und Kathodenkatalysatorschichten und einer Zwischenmembranschicht. Bei der Herstellung der Katalysatorschicht werden üblicherweise Katalysatorpulver und ionische Polymere gemischt, um einen dünnen Film zu erzeugen, der auf eine Membran oder ein Substrat aufgetragen werden kann. Die Verwendung des geeigneten Substrats gewährleistet Leitfähigkeit und Stabilität, was für die Verbesserung der Gesamtleistung von entscheidender Bedeutung ist.
Zukunftsaussichten
Das Aufkommen der AEM-Elektrolysetechnologie könnte unsere Denkweise über Wasserstoffenergie verändern und sie aufgrund ihrer potenziellen Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit auf dem Markt wettbewerbsfähig machen. Da die Technologie immer weiter voranschreitet, freuen wir uns auf weitere Verbesserungen der Haltbarkeit und Leistung der AEM-Elektrolyseure.
In der zukünftigen Energiewende werden weitere innovative Elektrolysetechnologien entstehen, und die AEM-Technologie ist eine der vielversprechenden neuen Kräfte.
Kann die AEM-Elektrolysetechnologie zum Schlüssel zur Förderung der Wasserstoffwirtschaft werden?
