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물 전기분해에 대한 새로운 희망: AEM 전기분해 기술이 우리의 에너지 미래를 어떻게 바꿀 수 있습니까?
재생 에너지에 대한 전 세계 수요가 계속 증가함에 따라 기존 수전해 기술은 성능 및 비용 문제 측면에서 어려움에 직면해 있습니다. 그러나 최근 음이온교환막(AEM) 전기분해 기술의 등장은 우리에게 새로운 희망을 주는 것 같다. 이 기술은 물을 효과적으로 분해해 수소를 생산할 뿐만 아니라, 비용을 줄이고 희귀 귀금속 촉매에 대한 의존도를 줄여 미래 에너지 전환에 큰 잠재력을 보여줍니다.
AEM 전기분해 기술은 전통적인 알칼리수 전기분해와 양성자 교환막 전기분해의 장점을 결합한 플랫폼을 제공합니다.
장점과 과제
장점
AEM 전기분해의 가장 큰 장점은 백금, 비스무트 등 고가의 귀금속 촉매 대신 저가의 전이금속 촉매를 사용할 수 있다는 점이다. 이는 성능 저하 없이 전체 생산 비용을 줄일 수 있음을 의미합니다.
기존 PEM 전기분해와 비교하여 AEM 전기분해를 사용하는 시스템은 환경에 미치는 영향, 비용 및 기타 측면에서 크게 개선되었습니다.
현재 연구에 따르면 AEM 전해조의 수소 교차율은 0.4% 미만으로 유지될 수 있으며 효율성은 다른 기술보다 우수합니다. AEM 전해조는 순수 또는 약알칼리성 용액에서 작동할 수 있어 액체 누출 위험을 줄일 뿐만 아니라 멤브레인의 전도성을 개선하고 촉매 활용도를 향상시킵니다.
도전
AEM 전기분해 기술은 다양한 장점을 갖고 있지만 여전히 몇 가지 과제, 특히 멤브레인의 내구성 문제에 직면해 있습니다. 현재 연구에 따르면 AEM 전해조의 수명은 수천 시간에 달했지만 여전히 PEM 전해조의 수명보다 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다. 따라서 AEM의 내구성과 이온전도도를 어떻게 향상시킬 것인가가 향후 연구의 초점이 되었다.
단기적으로 낮은 내구성은 AEM 상용화에서 극복해야 할 주요 장애물로 남아 있습니다.
과학적 원리
AEM 전기분해 반응 공정에서는 산소 발생 반응(OER)과 수소 발생 반응(HER)이 핵심 화학 반응입니다. OER은 산소 분자 1개를 생성하기 위해 4개의 전자가 필요하며, 이 과정에서 여러 개의 OH- 음이온이 소비됩니다. 이는 반응의 에너지 장벽을 증가시켜 전반적인 성능에 영향을 미칩니다. 대조적으로, 알칼리성 환경에서 수소 발생 반응의 동역학은 상대적으로 느리므로 수소를 방출하는 중간체를 분해하기 위해 추가 에너지가 필요합니다.
막전극조립체
막전극접합체(MEA)의 구조는 AEM 전기분해 시스템의 핵심이다. 양극 및 음극 촉매층과 중간 멤브레인층으로 구성된 촉매층 준비에는 일반적으로 촉매 분말과 이온성 폴리머를 혼합하여 멤브레인이나 기판에 적용할 수 있는 얇은 필름을 만드는 작업이 포함됩니다. 적절한 기판을 사용하면 전반적인 성능을 향상시키는 데 중요한 전도성과 안정성이 보장됩니다.
향후 전망
AEM 전기분해 기술의 출현은 수소 에너지에 대한 우리의 생각을 바꿔 잠재적인 비용 효율성과 환경 친화성으로 인해 수소 에너지가 시장에서 경쟁력을 갖게 될 수 있습니다. 기술이 계속 발전함에 따라 AEM 전해조의 내구성과 성능이 더욱 향상될 것으로 기대합니다.
미래 에너지 전환에서는 더욱 혁신적인 전기분해 기술이 등장할 것이며 AEM 기술은 밝은 새로운 힘 중 하나입니다.
AEM 전기분해 기술이 수소경제 활성화의 핵심이 될 수 있을까?
