Language
Country/Area
No result found
Чудо без катализаторов из драгоценных металлов: как электролиз AEM обеспечивает экономически эффективное производство водорода?
Поскольку глобальный спрос на возобновляемые источники энергии растет, потенциал водорода как чистого источника энергии привлекает все большее внимание. Однако традиционные методы производства водорода часто требуют использования дорогостоящих катализаторов на основе драгоценных металлов, что в некоторой степени ограничивает широкое применение водорода. В последнее время развитие технологии электролиза с использованием анионообменных мембран (АЭМ) открыло новые и экономически эффективные пути производства водорода.
Электролиз AEM — это технология, которая использует полупроницаемую мембрану для проведения гидроксид-ионов (OH−) для проведения электролиза воды.
Технические преимущества
Самым большим преимуществом электролиза AEM является то, что он позволяет использовать недорогие катализаторы на основе переходных металлов вместо дорогих катализаторов на основе драгоценных металлов. Это контрастирует с протонообменным мембранным электролизом (ПЭМ), в котором в качестве катализаторов используются редкие металлы, такие как платина и рутений, что делает технологию ПЭМ экономически невыгодной. Например, для электролизера PEM мощностью 100 МВт, как ожидается, потребуется 150 кг рутения, что обойдется примерно в 7 миллионов долларов.
Электроды электролизера AEM могут работать в чистой воде или слабощелочных растворах (например, 0,1–1 М KOH/NaOH), что снижает риск утечки.
По сравнению с традиционной технологией щелочного электролиза воды (AWE) электролиз AEM отличается большей гибкостью и улучшает использование катализатора. В отчете говорится, что требуемое напряжение для электролизера AEM при работе на чистой воде без катализаторов на основе драгоценных металлов составляет 1,8 вольта, тогда как при использовании 1М раствора КОН требуется всего 1,57 вольта. Это показывает, что электролизер AEM имеет хорошие показатели энергоэффективности.
Текущие проблемы
Хотя технология электролиза AEM демонстрирует большой потенциал, она все еще сталкивается с некоторыми проблемами, особенно с точки зрения долговечности. В результате анализа литературы было установлено, что долговечность современных электролизеров AEM при отсутствии катализаторов из драгоценных металлов в основном составляет от 2000 до 7000 часов. Этого недостаточно по сравнению со сроком службы электролизера PEM, составляющим 20 000–80 000 часов.
Технология электролиза AEM все еще находится на ранних стадиях исследований и разработок и по сравнению с коммерческой технологией электролиза PEM имеет недостаточно литературы.
Помимо проблем с долговечностью, химическая стабильность AEM также вызывает беспокойство, поскольку он очень чувствителен к воздействию гидроксид-ионов. Поэтому будущие исследования должны быть направлены на совершенствование мембранных материалов и поиск конструкций AQE, которые повышают проводимость и устойчивость к высоким температурам.
Научные принципы
Процесс реакции в электролизе AEM столь же сложен. Реакция выделения кислорода (OER) требует четырех электронов для получения одной молекулы кислорода. Многоступенчатый процесс этой реакции приводит к высокому энергетическому барьеру, что в свою очередь увеличивает перенапряжение, необходимое для реакции. Кроме того, кинетика реакции выделения водорода (HER) в щелочных растворах медленнее, чем в кислых, из-за включения дополнительной стадии диссоциации протона в щелочной среде.
Перспективы на будущее
Успешное применение технологии электролиза AEM требует не только разработки усовершенствованных материалов, но и сотрудничества в рамках отрасли для решения текущих задач. Ключевыми факторами в этом процессе будут поиск подходящих катализаторов и повышение прочности и стабильности мембраны.
Продвижение недорогой и высокоэффективной технологии производства водорода будет лежать в основе будущего развития устойчивой энергетики.
Учитывая постоянное совершенствование технологий производства водорода, можем ли мы рассчитывать на технологию электролиза AEM, чтобы изменить глобальный энергетический ландшафт?
