Progrès et analyse économique de l'hydroélectrolyse à membrane échangeuse d'ions (AEM) pour la production d'hydrogène

AEM est dans une certaine mesure un hybride de PEM et d'électrolyse de lessive à base de diaphragme traditionnelle. Le principe de la cellule électrolytique AEM est représenté sur la figure 3. A la cathode, l'eau est réduite pour produire de l'hydrogène et de l'OH -. OH -- s'écoule à travers le diaphragme jusqu'à l'anode, où il se recombine pour produire de l'oxygène.

Li et al. [1-2] ont étudié un électrolyseur d'eau haute performance en polystyrène et polyphénylène AEM hautement quaternisé, et les résultats ont montré que la densité de courant était de 2,7 A/cm2 à 85 °C à une tension de 1,8 V. Lors de l'utilisation de NiFe et PtRu/C comme catalyseurs pour la production d'hydrogène, la densité de courant a diminué de manière significative à 906 mA/cm2. Chen et al. [5] ont étudié l'application d'un catalyseur électrolytique en métal non noble à haut rendement dans un électrolyseur à film polymère alcalin. Les oxydes de NiMo ont été réduits par les gaz H2/NH3, NH3, H2 et N2 à différentes températures pour synthétiser des catalyseurs électrolytiques de production d'hydrogène. Les résultats montrent que le catalyseur NiMo-NH3/H2 avec réduction H2/NH3 a les meilleures performances, avec une densité de courant jusqu'à 1,0 A/cm2 et une efficacité de conversion d'énergie de 75 % à 1,57 V et 80 °C. Evonik Industries, sur la base de sa technologie de membrane de séparation de gaz existante, a développé un matériau polymère breveté à utiliser dans les cellules électrolytiques AEM et développe actuellement la production de membranes sur une ligne pilote. L'étape suivante consiste à vérifier la fiabilité du système et à améliorer les spécifications de la batterie, tout en augmentant la production.

À l'heure actuelle, les principaux défis auxquels sont confrontées les cellules électrolytiques AEM sont le manque de conductivité élevée et de résistance alcaline de l'AEM, et l'électrocatalyseur en métal précieux augmente le coût de fabrication des dispositifs électrolytiques. Dans le même temps, le CO2 entrant dans le film de la cellule réduira la résistance du film et la résistance de l'électrode, réduisant ainsi les performances électrolytiques. L'orientation future du développement de l'électrolyseur AEM est la suivante : 1. Développer un AEM avec une conductivité élevée, une sélectivité ionique et une stabilité alcaline à long terme. 2. Surmonter le problème du coût élevé du catalyseur en métal précieux, développer un catalyseur sans métal précieux et haute performance. 3. Actuellement, le coût cible de l'électrolyseur AEM est de 20 $ / m2, qui doit être réduit grâce à des matières premières bon marché et à des étapes de synthèse réduites, afin de réduire le coût global de l'électrolyseur AEM. 4. Réduire la teneur en CO2 dans la cellule électrolytique et améliorer les performances électrolytiques.

[1] Liu L,Kohl P A. Copolymères multiblocs conducteurs d'anions avec différents cations attachés[J].Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(13): 1395 -- 1403.

[2] Li D, Park E J, Zhu W, et al. Ionomères de polystyrène hautement quaternisés pour électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions à haute performance[J]. Nature Energy, 2020, 5 : 378 -- 385.