水素製造のためのイオン交換膜（AEM）水電解の進歩と経済分析

AEM は、ある程度、PEM と従来の隔膜ベースの灰汁電解のハイブリッドです。 AEM 電解セルの原理を図 3 に示します。カソードでは、水が還元されて水素と OH - が生成されます。 OH -- ダイヤフラムを通ってアノードに流れ、そこで再結合して酸素を生成します。

李等。 [1-2] は、高度に四級化されたポリスチレンとポリフェニレン AEM 高性能水電解槽を研究し、その結果、電流密度は 85°C、電圧 1.8 V で 2.7 A/cm2 であることが示されました。水素生成の触媒として NiFe と PtRu/C を使用すると、電流密度は 906mA/cm2 に大幅に減少しました。チェン等。 [5]は、アルカリ性ポリマーフィルム電解槽における高効率の非貴金属電解触媒の適用を研究しました。 NiMo 酸化物を H2/NH3、NH3、H2、および N2 ガスによって異なる温度で還元して、電解水素生成触媒を合成しました。結果は、H2/NH3 還元を伴う NiMo-NH3/H2 触媒が最高の性能を持ち、1.57V および 80°C で最大 1.0A/cm2 の電流密度と 75% のエネルギー変換効率を持つことを示しています。エボニック インダストリーズは、既存のガス分離膜技術に基づいて、AEM 電解セルで使用する特許取得済みのポリマー材料を開発し、現在パイロット ラインで膜の生産を拡大しています。次のステップは、生産規模を拡大しながら、システムの信頼性を検証し、バッテリーの仕様を改善することです。

現在、AEM 電解セルが直面している主な課題は、AEM の高い導電率とアルカリ耐性の欠如であり、貴金属電極触媒は電解装置の製造コストを増加させます。同時に、CO2 が電池膜に侵入すると、膜抵抗と電極抵抗が低下し、電解性能が低下します。 AEM 電解槽の今後の開発方向は次のとおりです。 2. 貴金属触媒の高コストの問題を克服し、貴金属を使用しない高性能触媒を開発する。 3. 現在、AEM 電解槽の目標コストは 20 ドル/m2 ですが、AEM 電解槽の全体的なコストを削減するには、安価な原材料と合成ステップの削減によって削減する必要があります。 4. 電解槽の CO2 含有量を減らし、電解性能を向上させます。

[1] Liu L,Kohl P A. Anion Conducting multiblock Polymers with different tetheredcations[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Li D、Park E J、Zhu W、他。高性能陰イオン交換膜水電解槽用の高度に四級化されたポリスチレンアイオノマー[J]。自然エネルギー、2020、5: 378 - 385.