Language
Country/Area
No result found
無貴金屬催化劑的奇蹟：AEM電解如何實現經濟高效的氫氣生產？
隨著全球對可再生能源需求的增加，氫氣作為清潔能源的潛力備受矚目。然而，傳統的氫氣生產方法往往需要高成本的貴金屬催化劑，這在一定程度上制約了氫氣的廣泛應用。最近，陰離子交換膜（AEM）電解技術的興起，為氫氣的生產開辟了新的、經濟高效的途徑。
AEM電解是一種利用半滲透膜來進行水電解的技術，該膜能夠傳導氫氧根離子（OH−）。
技術優勢
AEM電解的最大優勢在於，它可以利用低成本的過渡金屬催化劑，而不需要昂貴的貴金屬催化劑。與質子交換膜電解（PEM）相比，後者在催化劑方面依賴於稀有金屬如鉑和釕，這使得PEM技術在經濟上變得不甚可行。以一個100 MW的PEM電解槽為例，預計需要150公斤的釕，這將導致約700萬美元的成本。
AEM電解槽的電極可以在純水或輕微的鹼性溶液（如0.1-1M KOH/NaOH）中運行，這降低了泄漏風險。
相較於傳統的鹼性水電解（AWE）技術，AEM電解具有更高的靈活性，並提高了催化劑的利用率。報告指出，AEM電解槽在無貴金屬催化劑的情況下運行於純水供應時，電壓需求為1.8伏特，而若使用1M KOH溶液則僅需1.57伏特。這表明AEM電解槽具有良好的能效表現。
當前挑戰
儘管AEM電解技術展示出強大的潛力，但仍面臨一些挑戰，尤其是在耐久性方面。通過文獻調查發現，當前的AEM電解槽在無貴金屬催化劑的情況下，其耐久性主要集中在2000小時到7000小時之間。這與PEM電解堆的20,000到80,000小時的使用壽命相比，顯得相對不足。
AEM電解技術仍在早期研究和開發階段，較之於商業化的PEM電解技術，存在文獻資料不足的問題。
除了耐久性問題，AEM的化學穩定性同樣值得關注，因為其對氫氧根離子的攻擊非常敏感。因此，未來研究需加強對膜材料的改進，尋求增加導電性與耐高溫的AQE設計。
科學原理
AEM電解中的反應過程同樣複雜，氧氣生成反應（OER）需要四個電子來生成一分子氧，該反應的多步驟步驟導致高能量屏障，進而提高了反應所需的過電壓。此外，氫氣生成反應（HER）的動力學在鹼性溶液中相對於酸性溶液更為緩慢，由於鹼性環境中還涉及到額外的質子解離步驟。
未來展望
AEM電解技術的成功應用不僅需要改進材料開發，還需要行業內部的合作以解決當前面臨的挑戰。在此過程中，尋找合適的催化劑、提升膜的耐久性及穩定性都將是關鍵因素。
推動低成本、高效率的氫氣生產技術，將是可持續能源未來發展的核心。
在氫氣生產技術不斷創新的今天，我們是否能夠依賴AEM電解技術來重新塑造全球的能源格局？
