Language
Country/Area
No result found
Từ các phòng thí nghiệm khoa học đến các ứng dụng công nghiệp: Bước đột phá nào trong công nghệ điện phân AEM có?
Khi thế giới theo đuổi năng lượng tái tạo, việc ứng dụng năng lượng hydro ngày càng nhận được sự quan tâm. Trong quá trình tạo ra năng lượng hydro, công nghệ điện phân AEM (màng trao đổi anion) đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ cộng đồng khoa học và công nghiệp. Công nghệ điện phân AEM, với chế độ phản ứng độc đáo và chi phí tương đối thấp, mở rộng khả năng ứng dụng sang nhiều ứng dụng công nghiệp phổ biến hơn.
Cốt lõi của công nghệ điện phân AEM là màng trao đổi anion, có thể dẫn các ion hydroxide (OH−) và cô lập hiệu quả các sản phẩm giữa các điện cực, tạo ra khả năng cách điện. Không giống như màng trao đổi proton (PEM) thông thường, AEM có thể sử dụng chất xúc tác kim loại chuyển tiếp giá rẻ thay vì phải dựa vào chất xúc tác kim loại quý đắt tiền như bạch kim hoặc germani.
Công nghệ điện phân AEM không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn mang lại hiệu quả điện phân vượt trội.
Ưu điểm và thách thức
Thuận lợiMột ưu điểm nổi bật của công nghệ điện phân AEM là nó kết hợp thế mạnh của công nghệ điện phân nước kiềm và công nghệ điện phân màng trao đổi proton. Trong môi trường kiềm, việc sử dụng chất xúc tác là kim loại không quý như Ni và Fe có thể giúp giảm đáng kể chi phí. Ngoài ra, công nghệ điện phân AEM hoạt động trong nước tương đối tinh khiết hoặc dung dịch hơi kiềm, giúp giảm nguy cơ rò rỉ. Ngoài ra, các báo cáo nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi không có chất xúc tác kim loại quý, điện áp hoạt động của hệ thống điện phân AEM thấp hơn đáng kể so với các công nghệ điện phân khác, giúp cải thiện tính khả thi của nó khi ứng dụng trong công nghiệp.
Ngoài ra, AEM được thiết kế để duy trì lượng hydro dư thừa dưới 0,4% trong quá trình vận hành. Điều này có nghĩa là nó an toàn hơn, giảm nguy cơ nổ do khí gas vô tình hòa lẫn.
So với màng trao đổi proton truyền thống, quy trình sản xuất AEM thân thiện với môi trường, ít tốn kém hơn và không cần sử dụng hóa chất độc hại.
Thách thức
Mặc dù công nghệ điện phân AEM đã cho thấy tiềm năng phát triển tốt nhưng vẫn còn phải đối mặt với nhiều thách thức. Hiện nay, AEM vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, so với công nghệ điện phân nước kiềm đã phát triển thì tài liệu nghiên cứu còn tương đối khan hiếm. Trong thiết bị điện phân AEM cấp tiêu dùng, độ bền của màng đặc biệt nổi bật. Tuổi thọ của nhiều thiết bị khó có thể vượt quá 2.000 giờ, trong khi tuổi thọ của PEM dài tới 20.000 đến 80.000 giờ.
Do độ bền của màng AEM ở nhiệt độ trên 60°C là kém nên việc phát triển các màng có thể hoạt động trong môi trường có độ pH cao và nhiệt độ cao và trung bình là một trong những trọng tâm nghiên cứu trong tương lai. Cách cải thiện độ dẫn ion và độ bền của màng sẽ là chìa khóa quan trọng cho ứng dụng AEM trên quy mô lớn.
Nguyên lý khoa học
Phản ứng cốt lõi của công nghệ AEM bao gồm việc tạo ra oxy và hydro, cần phải được xây dựng trên cơ sở chất xúc tác hiệu quả. Quá trình phản ứng tạo oxy tương đối phức tạp và đòi hỏi sự tham gia của nhiều ion hydroxide và electron. Do đó, do nhiều bước phản ứng và rào cản năng lượng cao nên hiệu suất chung bị hạn chế.
Cải thiện hiệu quả của chất xúc tác sẽ là một khía cạnh quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất điện phân của AEM trong tương lai.
Lắp ráp điện cực màng
Thiết kế cụm điện cực màng đóng vai trò quan trọng đối với hiệu quả của quá trình điện phân AEM. Các thành phần này thường bao gồm các lớp chất xúc tác anot và catot với một lớp màng ở giữa. Thiết kế lớp xúc tác và lựa chọn vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất điện phân. Các vật liệu phổ biến bao gồm niken và titan, cung cấp hỗ trợ ổn định cho chất xúc tác.
Kết luận
Nhìn chung, công nghệ điện phân AEM mang lại những lợi thế đáng kể trong việc giảm chi phí, cải thiện hiệu quả và độ an toàn. Tuy nhiên, nó vẫn phải đối mặt với những thách thức về độ bền và độ hoàn thiện về mặt công nghệ. Nếu có thể khắc phục được những trở ngại này, công nghệ AEM sẽ có tiềm năng lớn hơn trong việc sản xuất và ứng dụng năng lượng hydro. Trong tương lai, công nghệ điện phân AEM có thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều bối cảnh công nghiệp khác nhau và có thể đóng góp vào quá trình chuyển đổi năng lượng tái tạo toàn cầu hay không?
