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De laboratórios científicos a aplicações industriais: qual será o impacto do avanço na tecnologia de eletrólise AEM?
À medida que o mundo busca energia renovável, a aplicação de energia de hidrogênio tem recebido cada vez mais atenção. No processo de geração de energia de hidrogênio, a tecnologia de eletrólise AEM (membrana de troca aniônica) atraiu ampla atenção das comunidades científica e industrial. A tecnologia de eletrólise AEM, com seu modo de reação exclusivo e custo relativamente baixo, expande seus cenários potenciais de aplicação para aplicações industriais mais comuns.
O núcleo da tecnologia de eletrólise AEM é a membrana de troca aniônica, que pode conduzir íons hidróxido (OH−) e isolar efetivamente os produtos entre os eletrodos, fornecendo isolamento elétrico. Ao contrário das membranas de troca de prótons (PEMs) convencionais, as AEMs podem usar catalisadores de metais de transição de baixo custo em vez de depender de catalisadores caros de metais preciosos, como platina ou germânio.
A tecnologia de eletrólise AEM não apenas reduz os custos de produção, mas também proporciona eficiência de eletrólise superior.
Vantagens e Desafios
VantagensUma vantagem importante da tecnologia de eletrólise AEM é que ela combina os pontos fortes da eletrólise de água alcalina e da eletrólise de membrana de troca de prótons. Em um ambiente alcalino, o uso de catalisadores de metais não preciosos, como Ni e Fe, pode reduzir significativamente os custos. Além disso, a tecnologia de eletrólise AEM opera em água relativamente pura ou soluções ligeiramente alcalinas, o que reduz o risco de vazamentos. Além disso, relatórios de pesquisa apontaram que, na ausência de catalisadores de metais preciosos, a tensão operacional do sistema de eletrólise AEM é significativamente menor do que a de outras tecnologias de eletrólise, o que melhora sua viabilidade para aplicação industrial.
Além disso, o AEM foi projetado para manter um excesso de cruzamento de hidrogênio de menos de 0,4% durante a operação. Isso significa que ele tende a ser mais seguro, reduzindo o risco de explosões causadas pela mistura acidental de gases.
Comparado às membranas tradicionais de troca de prótons, o processo de produção do AEM é ecologicamente correto, menos dispendioso e não requer o uso de produtos químicos tóxicos.
Desafios
Embora a tecnologia de eletrólise AEM tenha demonstrado bom potencial de desenvolvimento, ela ainda enfrenta muitos desafios. Atualmente, o AEM ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento e, em comparação com a tecnologia madura de eletrólise de água alcalina, a literatura é relativamente escassa. Em equipamentos de eletrólise AEM de nível de consumidor, a durabilidade da membrana é particularmente proeminente. A vida útil de muitos dispositivos é difícil de exceder 2.000 horas, enquanto a vida útil do PEM é tão longa quanto 20.000 a 80.000 horas.
Como a durabilidade das membranas AEM acima de 60 °C é baixa, desenvolver membranas que possam operar em ambientes com pH alto e temperaturas altas e médias é um dos focos de pesquisas futuras. Como melhorar a condutividade iônica e a durabilidade da membrana será uma chave importante para a aplicação em larga escala do AEM.
Princípios científicos
As principais reações da tecnologia AEM incluem a geração de oxigênio e hidrogênio, que precisam ser construídos sobre uma base de catalisador eficaz. O processo de reação de geração de oxigênio é relativamente complexo e requer a participação de múltiplos íons hidróxidos e elétrons. Portanto, devido às muitas etapas de reação e altas barreiras de energia, a eficiência geral é limitada.
Melhorar a eficiência dos catalisadores será um aspecto importante para melhorar o desempenho da eletrólise do AEM no futuro.
Conjunto de eletrodo de membrana
O projeto do conjunto do eletrodo de membrana é crucial para a eficácia da eletrólise AEM. Esses componentes normalmente consistem em camadas de catalisador de ânodo e cátodo com uma camada de membrana entre elas. O design da camada de catalisador e a seleção de materiais desempenham um papel fundamental na melhoria da eficiência da eletrólise. Materiais comuns incluem níquel e titânio, que fornecem suporte estável para o catalisador.
Conclusão
No geral, a tecnologia de eletrólise AEM oferece vantagens significativas na redução de custos, melhoria da eficiência e segurança. No entanto, ainda enfrenta desafios em termos de durabilidade e maturidade tecnológica. Se esses obstáculos puderem ser superados, a tecnologia AEM terá maior potencial na produção e aplicação de energia de hidrogênio. No futuro, a tecnologia de eletrólise AEM poderá ser amplamente utilizada em vários cenários industriais e poderá contribuir para a transformação global da energia renovável?
