Language
Country/Area
No result found
Прелесть анионообменной мембраны: как бросить вызов традиционной технологии электролиза при низких затратах?
В нынешнюю эпоху энергетического перехода многие исследователи продолжают исследовать способы эффективного и экономичного производства водорода. Среди многочисленных технологий электролиза технология электролиза с анионообменной мембраной (АЕМ) получила широкое внимание благодаря своей низкой стоимости и высокой эффективности. Основной особенностью этой технологии является использование полупроницаемой мембраны для проведения гидроксид-ионов (OH-). Этот тип мембраны может эффективно осуществлять ионный обмен, изолируя продукты и обеспечивая электрическую изоляцию.
Технология электролиза воды с использованием анионообменных мембран не требует дорогостоящих катализаторов из благородных металлов, но может использовать недорогие катализаторы из переходных металлов, что значительно повышает экономичность крупномасштабных применений.
Преимущества и проблемы
Преимущества
Самым большим преимуществом электролиза AEM является то, что он сочетает в себе характеристики электролиза щелочной воды (AWE) и технологии протонообменного мембранного электролиза (PEM). Технология АЭМ может не только использовать катализаторы из неблагородных металлов (таких как Ni, Fe, Co и т. д.), но также работать в чистой воде или слабощелочных растворах, что помогает снизить риск утечек.
Эксплуатационные затраты AEM значительно ниже, чем у катализаторов из драгоценных металлов, необходимых для электролиза PEM, таких как платина и рутений, что делает его более жизнеспособной альтернативой.
Помимо экономической выгоды, технология электролиза AEM может работать в широком рабочем диапазоне и эффективно снижать проблему перекрестных потерь водорода, причем потери водорода даже контролируются на уровне ниже 0,4%. Это не только повышает эффективность системы, но и повышает безопасность.
Вызов
Хотя технология электролиза АЭМ имеет множество преимуществ, она все еще находится на ранней стадии исследований и сталкивается со многими проблемами. Одной из самых больших проблем является долговечность мембраны. По сравнению со сроком службы электролизной установки ПЭМ от 20 000 до 80 000 часов, срок службы электролизера АЭМ составляет всего около 2 000 часов, что ограничивает сферу его коммерческого применения.
Чтобы преодолеть эти проблемы, в центре текущих исследований стало улучшение проводимости и долговечности мембран.
Кроме того, АЭМ обладают недостаточной стабильностью в высокотемпературных средах и часто не выдерживают температуры, превышающие 60°C, что представляет собой потенциальное препятствие для работы крупномасштабных электролизных систем. Поэтому крайне важно найти стабильные мембранные материалы, которые могут выдерживать высокие значения pH и высокие температуры.
Научные принципы
Реакция
В процессе электролиза АЭМ ключевыми этапами реакции являются реакция образования кислорода (OER) и реакция образования водорода (HER). Эти реакции должны преодолевать более высокие энергетические барьеры, особенно в реакциях образования кислорода, что приводит к увеличению перенапряжения из-за многостадийного процесса реакции.
Эффективные катализаторы могут снизить перенапряжение OER, тем самым улучшая общую производительность электролизеров AEM.
Анионообменная мембрана
Конструкция анионообменных мембран имеет решающее значение для их работы. Обычно исследователи используют четвертичный аммоний (QA) в качестве основной связывающей группы мембраны, но этот тип группы легко разлагается в щелочной среде, поэтому существует необходимость найти более стабильные альтернативы, такие как имидазольные группы.
Комбинация мембранных электродов
Мембранно-электродный узел (МЭА) является основным компонентом электролизера АЭМ, состоящим из анодного и катодного слоев катализатора и промежуточного мембранного слоя. Конструкция и метод подготовки слоя катализатора напрямую влияют на эффективность и производительность электролизера.
Вообще говоря, появление технологии электролиза воды с анионообменной мембраной знаменует собой революцию в технологии электролиза. Это не только улучшает экономику производства водорода, но также снижает воздействие на окружающую среду и предвещает будущее возобновляемых источников энергии. Итак, как будущая водородная энергетика будет использовать эту новую технологию в качестве краеугольного камня для достижения более широкого применения?
