Hidrogenoa ekoizteko ioi-truke-mintzaren (AEM) hidroelektrolisiaren aurrerapena eta analisi ekonomikoa

AEM, neurri batean, PEM eta diafragma tradizionalaren elektrolisiaren hibrido bat da. AEM zelula elektrolitikoaren printzipioa 3. irudian ageri da. Katodoan, ura murrizten da hidrogenoa eta OH - ekoizteko. OH -- diafragmatik igarotzen da anodoraino, eta han birkonbinatzen da oxigenoa sortzeko.

Li et al. [1-2]-k poliestireno eta polifenileno kuaternizatu handiko AEM errendimendu handiko ur-elektrolizagailuak aztertu zituen, eta emaitzek erakutsi zuten korronte-dentsitatea 2,7A/cm2 zela 85°C-tan 1,8V-ko tentsioan. NiFe eta PtRu/C hidrogenoa ekoizteko katalizatzaile gisa erabiltzean, korronte dentsitatea nabarmen jaitsi zen 906mA/cm2-ra. Chen et al. [5]-ek eraginkortasun handiko metal ez-nobleen katalizatzaile elektrolitikoen aplikazioa aztertu zuen polimero alkalinoaren film elektrolizatzaile batean. NiMo oxidoak H2/NH3, NH3, H2 eta N2 gasen bidez murriztu ziren tenperatura ezberdinetan hidrogeno elektrolitikoa ekoizteko katalizatzaileak sintetizatzeko. Emaitzek erakusten dute H2/NH3 murrizketa duen NiMo-NH3/H2 katalizatzaileak errendimendurik onena duela, 1,0A/cm2 arteko korronte dentsitatea eta %75eko energia bihurtzeko eraginkortasuna 1,57V eta 80°C-tan. Evonik Industries-ek, lehendik duen gasa bereizteko mintz teknologian oinarrituta, polimero-material patentatu bat garatu du AEM zelula elektrolitikoetan erabiltzeko eta gaur egun mintz-ekoizpena lerro pilotu batean zabaltzen ari da. Hurrengo urratsa sistemaren fidagarritasuna egiaztatzea eta bateriaren zehaztapenak hobetzea da, produkzioa handitzen duen bitartean.

Gaur egun, AEM zelula elektrolitikoek dituzten erronka nagusiak AEMren eroankortasun handiko eta erresistentzia alkalino eza dira, eta metal preziatuen elektrokatalizatzaileak gailu elektrolitikoak fabrikatzeko kostua handitzen du. Aldi berean, zelula-filmean sartzen den CO2-ak filmaren erresistentzia eta elektrodoen erresistentzia murriztuko ditu, eta horrela errendimendu elektrolitikoa murriztuko da. AEM elektrolizatzailearen etorkizuneko garapen-norabidea honako hau da: 1. Garatu AEM eroankortasun handiko, ioi-selektibitate eta epe luzerako egonkortasun alkalinoarekin. 2. Gainditu metal preziatuen katalizatzailearen kostu altuaren arazoa, garatu katalizatzailea metal preziatu gabe eta errendimendu handiko. 3. Gaur egun, AEM elektrolizagailuaren xede-kostua 20 $ /m2 da, lehengai merkeen eta sintesi-urratsen bidez murriztu behar dena, AEM elektrolizatzailearen kostu orokorra murrizteko. 4. Murriztu CO2 edukia zelula elektrolitikoan eta hobetu errendimendu elektrolitikoa.

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

[2] Li D, Park E J, Zhu W, et al. Oso kuaternizatutako poliestireno-ionomeroak errendimendu handiko anioien truke-mintz-ur elektrolizagailuetarako[J]. Nature Energy, 2020, 5: 378 -- 385.