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Dai laboratori scientifici alle applicazioni industriali: quale impatto avrà la svolta nella tecnologia dell'elettrolisi AEM?
Mentre il mondo si dedica all'energia rinnovabile, l'applicazione dell'energia basata sull'idrogeno ha ricevuto sempre maggiore attenzione. Nel processo di generazione di energia da idrogeno, la tecnologia dell'elettrolisi AEM (membrana a scambio anionico) ha attirato grande attenzione da parte della comunità scientifica e industriale. La tecnologia di elettrolisi AEM, con la sua esclusiva modalità di reazione e il costo relativamente basso, amplia i suoi potenziali scenari applicativi ad applicazioni industriali più comuni.
Il cuore della tecnologia di elettrolisi AEM è la membrana a scambio anionico, in grado di condurre ioni idrossido (OH−) e isolare efficacemente i prodotti tra gli elettrodi, garantendo l'isolamento elettrico. A differenza delle membrane a scambio protonico convenzionali (PEM), le AEM possono utilizzare catalizzatori di metalli di transizione a basso costo anziché affidarsi a costosi catalizzatori di metalli preziosi come platino o germanio.
La tecnologia di elettrolisi AEM non solo riduce i costi di produzione, ma garantisce anche un'efficienza elettrolitica superiore.
Vantaggi e sfide
VantaggiUno dei principali vantaggi della tecnologia di elettrolisi AEM è che unisce i punti di forza dell'elettrolisi dell'acqua alcalina e dell'elettrolisi con membrana a scambio protonico. In un ambiente alcalino, l'uso di catalizzatori di metalli non preziosi come Ni e Fe può ridurre significativamente i costi. Inoltre, la tecnologia di elettrolisi AEM funziona in acqua relativamente pura o in soluzioni leggermente alcaline, il che riduce il rischio di perdite. Inoltre, i rapporti di ricerca hanno evidenziato che, in assenza di catalizzatori di metalli preziosi, la tensione operativa del sistema di elettrolisi AEM è significativamente inferiore rispetto a quella di altre tecnologie di elettrolisi, il che ne migliora la fattibilità per l'applicazione industriale.
Inoltre, l'AEM è progettato per mantenere un eccesso di crossover dell'idrogeno inferiore allo 0,4% durante il funzionamento. Ciò significa che tende a essere più sicuro, riducendo il rischio di esplosioni causate dalla miscelazione accidentale di gas.
Rispetto alle tradizionali membrane a scambio protonico, il processo di produzione dell'AEM è ecologico, meno costoso e non richiede l'uso di sostanze chimiche tossiche.
Sfide
Sebbene la tecnologia dell'elettrolisi AEM abbia mostrato un buon potenziale di sviluppo, deve ancora affrontare numerose sfide. Attualmente, l'AEM è ancora in fase di ricerca e sviluppo e, rispetto alla tecnologia matura dell'elettrolisi dell'acqua alcalina, la letteratura in materia è relativamente scarsa. Nelle apparecchiature di elettrolisi AEM di livello consumer, la durata della membrana è particolarmente importante. La durata di molti dispositivi è difficile da superare le 2.000 ore, mentre la durata di servizio del PEM è lunga fino a 20.000-80.000 ore.
Poiché la durabilità delle membrane AEM sopra i 60°C è scarsa, uno degli obiettivi della ricerca futura è sviluppare membrane in grado di funzionare in ambienti con pH elevato e temperature alte e medie. Un aspetto fondamentale per l'applicazione su larga scala dell'AEM sarà il miglioramento della conduttività ionica e della durabilità della membrana.
Principi scientifici
Le reazioni principali della tecnologia AEM includono la generazione di ossigeno e idrogeno, che devono essere sviluppate su una base catalizzatrice efficace. Il processo di reazione di generazione dell'ossigeno è relativamente complesso e richiede la partecipazione di più ioni idrossido ed elettroni. Pertanto, a causa dei numerosi passaggi di reazione e delle elevate barriere energetiche, l'efficienza complessiva è limitata.
Il miglioramento dell'efficienza dei catalizzatori sarà un aspetto importante per migliorare le prestazioni di elettrolisi dell'AEM in futuro.
Assemblaggio di elettrodi a membrana
La progettazione dell'assemblaggio dell'elettrodo a membrana è fondamentale per l'efficacia dell'elettrolisi AEM. Questi componenti sono solitamente costituiti da strati catalizzatori anodici e catodici con uno strato di membrana intermedio. La progettazione dello strato del catalizzatore e la selezione dei materiali svolgono un ruolo chiave nel migliorare l'efficienza dell'elettrolisi. Materiali comuni includono nichel e titanio, che forniscono un supporto stabile per il catalizzatore.
Conclusione
Nel complesso, la tecnologia di elettrolisi AEM offre notevoli vantaggi in termini di riduzione dei costi, miglioramento dell'efficienza e sicurezza. Tuttavia, presenta ancora delle sfide in termini di durevolezza e maturità tecnologica. Se si riusciranno a superare questi ostacoli, la tecnologia AEM avrà un potenziale maggiore nella produzione e nell'applicazione dell'energia basata sull'idrogeno. In futuro, la tecnologia di elettrolisi AEM potrà essere ampiamente utilizzata in vari scenari industriali e potrà contribuire alla trasformazione globale delle energie rinnovabili?
