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Nova esperança para a eletrólise da água: como a tecnologia de eletrólise AEM pode mudar nosso futuro energético?
À medida que a procura global por energia renovável continua a aumentar, a tecnologia tradicional de eletrólise da água enfrenta dificuldades em termos de desempenho e custos. No entanto, o recente surgimento da tecnologia de eletrólise por membrana de troca aniônica (AEM) parece nos fornecer uma nova esperança. Esta tecnologia não só divide eficazmente a água para produzir hidrogénio, mas também reduz os custos e a dependência de catalisadores de metais preciosos raros, demonstrando o seu enorme potencial na futura transição energética.
A tecnologia de eletrólise AEM fornece uma plataforma que combina as vantagens da eletrólise tradicional de água alcalina e da eletrólise por membrana de troca de prótons.
Vantagens e Desafios
Vantagens
A principal vantagem da eletrólise AEM é que ela pode usar catalisadores de metais de transição de baixo custo em vez de catalisadores caros de metais nobres, como platina e bismuto. Isso significa que somos capazes de reduzir os custos gerais de produção sem comprometer o desempenho.
Em comparação com a eletrólise PEM tradicional, os sistemas que utilizam eletrólise AEM apresentam melhorias significativas no impacto ambiental, custo e outros aspectos.
Pesquisas atuais mostram que a taxa de cruzamento de hidrogênio do eletrolisador AEM pode ser mantida abaixo de 0,4% e sua eficiência é melhor do que outras tecnologias. O eletrolisador AEM pode operar em água pura ou soluções levemente alcalinas, o que não só reduz o risco de vazamento de líquido, mas também melhora a condutividade da membrana e aumenta a utilização do catalisador.
Desafio
Embora a tecnologia de eletrólise AEM apresente diversas vantagens, ela ainda enfrenta alguns desafios, especialmente a durabilidade da membrana. A pesquisa atual mostra que, embora a vida útil dos eletrolisadores AEM tenha atingido vários milhares de horas, ainda é muito inferior à vida útil dos eletrolisadores PEM. Portanto, como melhorar a durabilidade e a condutividade iônica do AEM tornou-se o foco de pesquisas futuras.
No curto prazo, a baixa durabilidade continua sendo um grande obstáculo a ser superado na comercialização de AEMs.
Princípios Científicos
No processo de reação de eletrólise AEM, a reação de evolução de oxigênio (OER) e a reação de evolução de hidrogênio (HER) são reações químicas importantes. O REA requer quatro elétrons para produzir uma molécula de oxigênio, e vários ânions OH- são consumidos no processo. Isto aumenta a barreira energética para a reação, o que afeta o desempenho geral. Em contraste, a cinética das reações de evolução do hidrogênio em ambientes alcalinos é relativamente lenta, exigindo energia adicional para quebrar os intermediários que liberam o hidrogênio.
Montagem do eletrodo de membrana
A estrutura do conjunto do eletrodo de membrana (MEA) é a chave para o sistema de eletrólise AEM. Composta por camadas de catalisador anódico e cátodo e uma camada de membrana intermediária, a preparação da camada de catalisador geralmente envolve a mistura de pó de catalisador e polímeros iônicos para criar uma película fina que pode ser aplicada a uma membrana ou substrato. O uso do substrato apropriado garante condutividade e estabilidade, o que é fundamental para melhorar o desempenho geral.
Perspectivas Futuras
O surgimento da tecnologia de eletrólise AEM pode mudar a forma como pensamos sobre a energia do hidrogênio, tornando-a competitiva no mercado devido ao seu potencial custo-benefício e respeito ao meio ambiente. À medida que a tecnologia continua a avançar, esperamos melhorias adicionais na durabilidade e potência dos eletrolisadores AEM.
Na futura transformação energética, surgirão tecnologias de eletrólise mais inovadoras, e a tecnologia AEM é uma das novas forças brilhantes.
A tecnologia de eletrólise AEM pode se tornar a chave para promover a economia do hidrogênio?
