AEM電(dian)解水(shui)雙側供(gong)液(ye)技(ji)術與定制(zhi)化(hua)測試方(fang)案(an)

陰(yin)離子交(jiao)換(huan)膜(mo)（AEM，Anion Exchange Membrane）電(dian)解水(shui)技(ji)術結合(he)了(le)傳(chuan)統(tong)堿(jian)性水(shui)電(dian)解和質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)（PEM，Proton Exchange Membrane）水(shui)電(dian)解的優(you)勢(shi)，因(yin)其能夠(gou)使(shi)用(yong)非(fei)貴(gui)金屬(shu)催化(hua)劑並在堿(jian)性環境(jing)中運行，因(yin)而被(bei)認(ren)為是生產(chan)綠色氫氣(qi)的最(zui)有(you)前景(jing)的技(ji)術路(lu)線之壹(yi)。

AEM電(dian)解水(shui)技(ji)術通(tong)過陰(yin)離子交(jiao)換(huan)膜(mo)分隔(ge)陽(yang)極和陰(yin)極反(fan)應(ying)，它允(yun)許氫氧(yang)根(gen)離子（OH^-）作為載流子從陰(yin)極穿過(guo)膜到(dao)達陽(yang)極。與PEM電(dian)解水(shui)（需(xu)要(yao)酸(suan)性或(huo)中性環境(jing)和貴(gui)金(jin)屬(shu)催化(hua)劑）不同(tong)，AEM電(dian)解水(shui)可以(yi)在堿(jian)性環境(jing)中運行，從而可以(yi)使(shi)用(yong)更(geng)便宜(yi)、更(geng)豐富(fu)的非(fei)貴(gui)金屬(shu)催化(hua)劑（如鎳基催化(hua)劑）進行(xing)析(xi)氧反(fan)應(ying)（OER）和析(xi)氫反(fan)應(ying)（HER）。

這將(jiang)顯(xian)著降(jiang)低電(dian)解系統(tong)的成本，並使(shi)其更(geng)具(ju)商業化(hua)潛(qian)力(li)。

AEM電(dian)解水(shui)的基本反(fan)應(ying)原(yuan)理為：

陽(yang)極：4OH^-- 4e^---> 2H₂O + O₂

陰(yin)極：4H₂O + 4e^---> 2H₂+ 4OH^-

根據(ju)上述反(fan)應(ying)原(yuan)理，在AEM電(dian)解水(shui)研究(jiu)中，關(guan)於(yu)電(dian)解液(ye)的供(gong)液(ye)技(ji)術路(lu)線上，可分為3種：

壹(yi)、陽(yang)極單側供(gong)液(ye)

由(you)於(yu)陽(yang)極反(fan)應(ying)（OER）需(xu)要(yao)充(chong)足(zu)的OH^-供(gong)應(ying)，以(yi)維持(chi)反(fan)應(ying)的進行(xing)，陽(yang)極直接供(gong)液(ye)能夠(gou)確(que)保(bao)反(fan)應(ying)所需(xu)的離子濃(nong)度(du)，從而提(ti)高(gao)反(fan)應(ying)效率。這(zhe)種操作模(mo)式(shi)也(ye)被(bei)稱為“陰(yin)極幹燥(zao)操作"。在這(zhe)種模(mo)式下，電(dian)解液(ye)（純(chun)水(shui)或(huo)堿液(ye)，通(tong)常是堿液(ye)）僅(jin)供(gong)應(ying)給(gei)陽(yang)極，而陰(yin)極側則(ze)相對(dui)幹燥(zao)。這(zhe)種做法(fa)的目的是簡化(hua)氫氣(qi)純(chun)化(hua)過程，並(bing)更(geng)容易從陰(yin)極提(ti)取相對(dui)幹燥(zao)的氫氣(qi)。

陽(yang)極直接供(gong)液(ye)可確(que)保(bao)OH⁻充(chong)足(zu)，提(ti)升(sheng)反(fan)應(ying)效率，同(tong)時簡(jian)化(hua)氫氣(qi)純(chun)化(hua)流程。該(gai)方(fang)式是未來(lai)大(da)規模商(shang)業化(hua)電(dian)解水(shui)制氫的理想(xiang)技(ji)術路(lu)線。

陽(yang)極供(gong)水(shui)或(huo)堿液(ye)，DOI：10.1016/j.ijhydene.2022.09.181

DC780 AEM電(dian)解水(shui)測試(shi)臺(tai)基於(yu)此(ci)模式下表(biao)現出優(you)異(yi)的穩定性與氣(qi)體輸(shu)出純(chun)度(du)，尤其適(shi)用(yong)於(yu)高(gao)純(chun)度(du)氫能場(chang)景(jing)。

二(er)、陰(yin)極單側供(gong)液(ye)

僅(jin)在陰(yin)極單側供(gong)液(ye)的方(fang)式比(bi)較少(shao)見，公(gong)開文獻(xian)較(jiao)少。僅(jin)從理論上分析(xi)，如果能解決(jue)陽(yang)極缺水(shui)供(gong)應(ying)和鹽(yan)析(xi)問(wen)題(ti)，該(gai)方(fang)式可以(yi)壹(yi)定程度(du)上降低陽(yang)極側的流場設(she)計和系(xi)統(tong)復雜(za)度(du)。因(yin)此(ci)，該(gai)方(fang)式還有待(dai)學(xue)界(jie)進壹(yi)步研(yan)究(jiu)。

陰(yin)極供(gong)堿(jian)或(huo)水(shui)，DOI：10.1016/j.egyr.2022.10.127

三、陰(yin)陽(yang)極雙側供(gong)液(ye)

同(tong)時向(xiang)AEM電(dian)解水(shui)系統(tong)的陽(yang)極和陰(yin)極提(ti)供(gong)電(dian)解液(ye)。這(zhe)種方(fang)式允(yun)許獨(du)立(li)控制兩(liang)側的電(dian)解液(ye)流速、濃(nong)度(du)和組(zu)成（純(chun)水(shui)或(huo)堿液(ye)）。通(tong)過精確管理，雙路(lu)供(gong)液(ye)可以(yi)確保(bao)陰(yin)極和陽(yang)極都有充足(zu)的水(shui)供(gong)應(ying)，維持(chi)AEM膜在不(bu)同(tong)操作條(tiao)件(jian)下的水(shui)合(he)狀(zhuang)態(tai)平衡(heng)，防止膜(mo)脫(tuo)水(shui)或(huo)過度(du)水(shui)合(he)。

這(zhe)對(dui)於(yu)保(bao)持(chi)高(gao)效的OH^-離子傳(chuan)輸(shu)至關(guan)重要(yao)，並(bing)能有(you)效排(pai)出(chu)電(dian)極表(biao)面(mian)產(chan)生的氣泡，減(jian)少(shao)傳(chuan)質(zhi)損(sun)失。雙路(lu)供(gong)液(ye)方(fang)案(an)是AEM電(dian)解水(shui)技(ji)術發展中(zhong)的壹(yi)個重要(yao)方(fang)向(xiang)，它為優(you)化(hua)水(shui)管理、提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)性能、延(yan)長(chang)壽命以(yi)及(ji)降低(di)氫氣(qi)生(sheng)產(chan)成本提(ti)供(gong)了(le)有(you)效途(tu)徑(jing)。

雙側供(gong)水(shui)，DOI：10.1002/ese3.1938

雙側供(gong)堿(jian)液(ye)，DOI：10.1002/cey2.542

總(zong)結(jie)

隨著(zhe)對膜(mo)材(cai)料、催化(hua)劑和電(dian)解液(ye)工(gong)程的深(shen)入研究(jiu)，結(jie)合(he)先(xian)進的流體管(guan)理策略，AEM電(dian)解水(shui)有望在綠色氫氣(qi)生(sheng)產(chan)領域(yu)發揮越來越重要(yao)的作用(yong)。

而理化(hua)有限公(gong)司代(dai)理的DC 780 AEM電(dian)解水(shui)測試(shi)臺(tai)的陽(yang)極進液(ye)標(biao)準(zhun)模式可提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)的實驗基準，便於(yu)開(kai)展催化(hua)劑性能、膜(mo)傳導(dao)效率等(deng)基礎研究。

同(tong)時支持(chi)陰(yin)極供(gong)液(ye)和雙測供(gong)液(ye)的全定制(zhi)化(hua)開發，可根(gen)據(ju)客戶需(xu)求(qiu)匹(pi)配精準的流體控制模(mo)塊、監(jian)測(ce)模(mo)塊(kuai)，為 “優(you)化(hua)水(shui)管理"“延(yan)長(chang)膜壽(shou)命"“提(ti)升(sheng)電(dian)解效率" 等(deng)研(yan)究提(ti)供(gong)定(ding)制(zhi)化(hua)設備方(fang)案(an)，適(shi)配高(gao)校(xiao)深(shen)度(du)科(ke)研(yan)與企業特殊(shu)生(sheng)產(chan)需(xu)求(qiu)。