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Nuova speranza per l'elettrolisi dell'acqua: in che modo la tecnologia di elettrolisi AEM può cambiare il nostro futuro energetico?
Poiché la domanda globale di energia rinnovabile continua ad aumentare, la tecnologia tradizionale dell'elettrolisi dell'acqua si trova ad affrontare difficoltà in termini di prestazioni e sfide in termini di costi. Tuttavia, la recente comparsa della tecnologia di elettrolisi con membrana a scambio anionico (AEM) sembra fornirci una nuova speranza. Questa tecnologia non solo divide efficacemente l’acqua per produrre idrogeno, ma riduce anche i costi e la dipendenza da catalizzatori di metalli preziosi rari, dimostrando il suo enorme potenziale nella futura transizione energetica.
La tecnologia di elettrolisi AEM fornisce una piattaforma che combina i vantaggi della tradizionale elettrolisi dell'acqua alcalina e dell'elettrolisi con membrana a scambio protonico.
Vantaggi e sfide
Vantaggi
Il vantaggio principale dell'elettrolisi AEM è che può utilizzare catalizzatori di metalli di transizione a basso costo invece di costosi catalizzatori di metalli nobili come platino e bismuto. Ciò significa che siamo in grado di ridurre i costi di produzione complessivi senza compromettere le prestazioni.
Rispetto all'elettrolisi PEM tradizionale, i sistemi che utilizzano l'elettrolisi AEM presentano miglioramenti significativi in termini di impatto ambientale, costi e altri aspetti.
La ricerca attuale mostra che il tasso di crossover dell'idrogeno dell'elettrolizzatore AEM può essere mantenuto al di sotto dello 0,4% e la sua efficienza è migliore rispetto ad altre tecnologie. L'elettrolizzatore AEM può funzionare con acqua pura o soluzioni leggermente alcaline, il che non solo riduce il rischio di perdite di liquido, ma migliora anche la conduttività della membrana e migliora l'utilizzo del catalizzatore.
Sfida
Sebbene la tecnologia di elettrolisi AEM presenti vari vantaggi, deve ancora affrontare alcune sfide, in particolare la durabilità della membrana. La ricerca attuale mostra che, sebbene la durata degli elettrolizzatori AEM abbia raggiunto diverse migliaia di ore, è ancora molto inferiore alla durata degli elettrolizzatori PEM. Pertanto, come migliorare la durabilità e la conduttività ionica degli AEM è diventato il focus della ricerca futura.
Nel breve termine, la bassa durabilità rimane un grosso ostacolo da superare nella commercializzazione degli AEM.
Principi scientifici
Nel processo di reazione di elettrolisi AEM, la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) e la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) sono reazioni chimiche chiave. L’OER richiede quattro elettroni per produrre una molecola di ossigeno e nel processo vengono consumati più anioni OH-. Ciò aumenta la barriera energetica per la reazione, che influisce sulle prestazioni complessive. Al contrario, la cinetica delle reazioni di evoluzione dell’idrogeno in ambienti alcalini è relativamente lenta e richiede ulteriore energia per scomporre gli intermedi che rilasciano idrogeno.
Gruppo elettrodo a membrana
La struttura del gruppo elettrodo a membrana (MEA) è la chiave del sistema di elettrolisi AEM. Composto da strati catalitici anodici e catodici e da uno strato intermedio di membrana, la preparazione dello strato catalitico prevede solitamente la miscelazione di polvere catalitica e polimeri ionici per creare una pellicola sottile che può essere applicata a una membrana o a un substrato. L'utilizzo del substrato appropriato garantisce conduttività e stabilità, fondamentali per migliorare le prestazioni complessive.
Prospettive future
L'emergere della tecnologia di elettrolisi AEM può cambiare il modo in cui pensiamo all'energia dell'idrogeno, rendendola competitiva sul mercato grazie al suo potenziale rapporto costo-efficacia e rispetto dell'ambiente. Poiché la tecnologia continua ad avanzare, attendiamo con impazienza ulteriori miglioramenti nella durata e nella potenza degli elettrolizzatori AEM.
Nella futura trasformazione energetica emergeranno tecnologie di elettrolisi più innovative e la tecnologia AEM è una delle nuove forze brillanti.
La tecnologia dell'elettrolisi AEM può diventare la chiave per promuovere l'economia dell'idrogeno?
