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De los laboratorios científicos a las aplicaciones industriales: ¿Qué impacto tendrá el avance en la tecnología de electrólisis AEM?
A medida que el mundo busca energía renovable, la aplicación de la energía del hidrógeno ha recibido cada vez más atención. En el proceso de generación de energía de hidrógeno, la tecnología de electrólisis AEM (membrana de intercambio aniónico) ha atraído la atención generalizada de las comunidades científicas e industriales. La tecnología de electrólisis AEM, con su modo de reacción único y su costo relativamente bajo, amplía sus posibles escenarios de aplicación a aplicaciones industriales más comunes.
El núcleo de la tecnología de electrólisis AEM es la membrana de intercambio de aniones, que puede conducir iones de hidróxido (OH−) y aislar eficazmente los productos entre los electrodos, proporcionando aislamiento eléctrico. A diferencia de las membranas de intercambio de protones (PEM) convencionales, las AEM pueden utilizar catalizadores de metales de transición de bajo costo en lugar de depender de catalizadores de metales preciosos costosos como el platino o el germanio.
Ventajas y desafíos VentajasLa tecnología de electrólisis AEM no solo reduce los costos de producción, sino que también proporciona una eficiencia de electrólisis superior.
Una ventaja destacada de la tecnología de electrólisis AEM es que combina las ventajas de la electrólisis del agua alcalina y la electrólisis de membrana de intercambio de protones. En un entorno alcalino, el uso de catalizadores de metales no preciosos como Ni y Fe puede reducir significativamente los costos. Además, la tecnología de electrólisis AEM funciona en agua relativamente pura o soluciones ligeramente alcalinas, lo que reduce el riesgo de fugas. Además, los informes de investigación han señalado que, en ausencia de catalizadores de metales preciosos, el voltaje de funcionamiento del sistema de electrólisis AEM es significativamente menor que el de otras tecnologías de electrólisis, lo que mejora su viabilidad para la aplicación industrial.
Además, el AEM está diseñado para mantener un exceso de cruce de hidrógeno de menos del 0,4% durante el funcionamiento. Esto significa que tiende a ser más seguro, reduciendo el riesgo de explosiones causadas por una mezcla accidental de gases.
En comparación con las membranas de intercambio de protones tradicionales, el proceso de producción de AEM es respetuoso con el medio ambiente, menos costoso y no requiere el uso de productos químicos tóxicos.
Desafíos
Aunque la tecnología de electrólisis AEM ha demostrado un buen potencial de desarrollo, aún enfrenta muchos desafíos. Actualmente, la AEM aún se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo, y en comparación con la tecnología madura de electrólisis de agua alcalina, la literatura es relativamente escasa. En los equipos de electrólisis AEM de consumo, la durabilidad de la membrana es especialmente importante. La vida útil de muchos dispositivos es difícil de superar las 2000 horas, mientras que la vida útil de los PEM es de entre 20 000 y 80 000 horas.
Dado que la durabilidad de las membranas AEM por encima de los 60 °C es baja, el desarrollo de membranas que puedan funcionar en entornos de pH alto y temperaturas altas y medias es uno de los focos de las investigaciones futuras. Cómo mejorar la conductividad iónica y la durabilidad de la membrana será una clave importante para la aplicación a gran escala de AEM.
Principios científicos
Las reacciones principales de la tecnología AEM incluyen la generación de oxígeno e hidrógeno, que deben construirse sobre una base catalizadora eficaz. El proceso de reacción de generación de oxígeno es relativamente complejo y requiere la participación de múltiples iones de hidróxido y electrones. Por lo tanto, debido a los numerosos pasos de reacción y las altas barreras energéticas, la eficiencia general es limitada.
Mejorar la eficiencia de los catalizadores será un aspecto importante para mejorar el rendimiento de la electrólisis de AEM en el futuro.
Conjunto de electrodos de membrana
El diseño del conjunto de electrodos de membrana es crucial para la eficacia de la electrólisis AEM. Estos componentes generalmente constan de capas de catalizador de ánodo y cátodo con una capa de membrana en el medio. El diseño de la capa de catalizador y la selección de materiales desempeñan un papel fundamental en la mejora de la eficiencia de la electrólisis. Los materiales más habituales son el níquel y el titanio, que proporcionan un soporte estable para el catalizador.
Conclusión
En general, la tecnología de electrólisis AEM ofrece ventajas significativas en la reducción de costos, la mejora de la eficiencia y la seguridad. Sin embargo, aún enfrenta desafíos en cuanto a durabilidad y madurez tecnológica. Si se pueden superar estos obstáculos, la tecnología AEM tendrá un mayor potencial en la producción y aplicación de energía del hidrógeno. En el futuro, ¿puede la tecnología de electrólisis AEM usarse ampliamente en diversos escenarios industriales y contribuir a la transformación global de la energía renovable?
