長期以來在制備綠氫的技術中，ALK（堿性水制氫）和PEM（質子交換膜電解水制氫）一直是唯二選擇，但受制于各自的制約因素，始終無法大規模商業化。直到綜合兩家所長的AEM陰離子交換膜電解水制氫嶄露頭角，廣泛關注和研究開始轉移到AEM上。尤其是國內研究AEM技術的獨角獸企業——穩石氫能，通過不斷地技術迭代升級，AEM的商業化進程正加速中。
相比于ALK和PEM，AEM既有ALK不具備的環保、高效、更便捷、耦合于波動較大的可再生能源發電應用場景的優點，又可以滿足PEM在降低成本空間方面的需求。
那么，AEM究竟有什么魔力能一舉成為第三代電解水技術？作為國內發布首臺/套自研AEM電解器的獨角獸企業——穩石氫能是如何實現AEM的技術突破的？接下來，我們撥云見日，一起探秘AEM的背后的技術原理。
水在陰極催化劑作用下接收電子發生析氫反應（HER）產生氫氣，氫氣透過氣體擴散層GDL釋放出來。OH-在陽極催化劑作用下發生析氧反應（OER）產生氧氣，氧氣透過氣體擴散層與電解液一起流動釋放出來。
至此，AEM通過完成水的分解，實現了氫氣的高效生產，同時產生的氧氣可以繼續利用或釋放到大氣中，沒有任何污染環境的成分產生。
位于膜電極結構中間的電解質隔膜是陰離子交換膜，它具有以下幾方面的作用：
傳遞OH-：將陰極側產生的OH-傳遞到陽極側，這個過程中要使OH-傳遞阻力盡可能小，即膜要有較高的電導率；隔絕電子：電化學反應與一般的化學反應的一個很大區別在于我們可以利用電能控制化學反應速度和反應方向，使化學反應涉及的電子通過外電路傳遞，因此交換膜要盡可能絕緣電子；阻隔氣體：由于電解水在膜電極兩側產生氫氣和氧氣，而氫氧混合達到一定比例就會存在燃燒或爆炸的風險，也會降低氫氣產率，因此膜要有很好的阻隔氣體的性能。
陰離子交換膜的性能對AEM電解器的性能起到至關重要的作用，為此，深圳穩石氫能科技有限公司（下稱“穩石氫能”）采用了電導率高、離子交換容量高、機械性能好、壽命長的聚芳環哌啶高分子材料AEM膜。得益于此，電解槽性能和使用壽命都有了大幅度提升。
AEM膜的技術參數表如下表。
制造MEA需要將陰極和陽極催化劑均勻涂布在AEM膜的兩側，由于催化劑層是電化學OER和HER反應發生的場所，涉及到氣液固三相界面的反應，因此催化劑的性能直接決定了電化學反應速度。這不僅要求催化劑具有較高的催化活性，還要降低電催化過程中的界面電阻和內阻，同時也要求反應物水盡可能迅速到達反應場所，而產生的氣體迅速離開反應場所，降低反應過程中的流動阻力。
基于此，穩石氫能自研了非貴金屬催化劑并用到AEM中，并在優化催化劑的載量和粘結劑的配比方面下足了功夫，有效提升了本征活性和催化接觸面積方面的性能，使得催化效果的更加顯著：
根據應用體系的要求，設計出不同比例配比，不同大小的非貴金屬催化劑，控制好催化劑的形貌，制備出適用于AEM體系的納米棒、納米線、納米片，使其具有更大的催化活性面積和催化活性。添加適合的離子液體對催化劑進行改性，離子液體的添加一方面有效的提高了催化劑的本征活性，另一方面，離子液體有效地降低了催化劑與膜之間的接觸電阻，提高催化劑的接觸面積，進一步提高電解水的效率。添加少量石墨烯溶液改性催化劑性能，減少催化劑層厚度，減小傳質極化，提高催化效率。通過催化劑原位生長的方法，引入金屬有機框架（MOF）結構，避免了粘結劑的使用，提升了催化劑的活性面積和使用壽命。
當前，穩石氫能已具備公斤級量產催化劑的能力，為AEM大規模商業化做好了充分準備。
MEA制備工藝對電解槽的性能影響很大。我們采用超聲噴涂和高溫噴涂相結合的工藝，使催化劑漿料均勻分布在催化劑載體上，避免了離子交換膜與催化劑接觸時溶脹所導致的化學性能和物理結構的不穩定性。
利用超聲波的高頻振動，使催化劑漿料在載體表面形成均勻的分布，提高催化劑的利用率和膜電極的性能。通過高溫噴涂，可以使催化劑漿料在載體表面形成緊密的結構，減少內部孔隙，提高催化劑的活性和穩定性。
溫度和壓力對膜電極性能的影響同樣也不可忽視。雖然一定程度地提升電解水的溫度和壓力可以提高AEM的性能，但溫度和壓力過高會對膜電極產生機械性損傷。穩石氫能通過獨有的工藝流程控制，使膜電極在60℃和3.5Mpa壓力下穩定工作。
展望未來，隨著全球能源轉型的深入推進，氫能源將在能源供應體系中發揮越來越重要的作用。正如尼爾·德·格拉斯·泰森 (Neil deGrasse Tyson)所說："每次我們發現一個新技術，它都會改變我們生活的方式。"陰離子交換膜電解水制氫技術的成功研發，為氫能源的廣泛應用帶來了巨大的希望。隨著技術的不斷成熟和商業化進程的推進，相信在不久的將來，我們將迎來一個更加綠色、清潔、高效的能源時代。
穩石氫能將繼續加大研發投入，通過不斷的技術創新和產業合作，推動我國的AEM電解水制氫技術的發展。 來源：穩石氫能
原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：探秘穩石氫能電解水制氫技術， 看AEM如何掀起綠色能源革命
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