AEM是固體聚合物陰離子交換膜（Anion Exchange Membrane）電解水的簡(jiǎn)稱，主要結(jié)構(gòu)由陰離子交換膜和兩個(gè)過渡金屬催化電極組成，一般采用純水或低濃度堿性溶液用作電解質(zhì)，并使用廉價(jià)非貴金屬催化劑和碳?xì)淠ぁ?/span>行業(yè)普遍認(rèn)為，AEM制氫技術(shù)兼具了堿性低成本和純水高效率的雙重優(yōu)勢(shì)，降本空間巨大，是目前較為前沿的電解水技術(shù)之一，也是未來(lái)綠氫大規(guī)模應(yīng)用的首選技術(shù)之一。但是，全世界只有極少數(shù)的公司在嘗試將其商業(yè)化，相關(guān)的應(yīng)用和示范項(xiàng)目也很少，如電解槽公司主要有德國(guó)Enapter、穩(wěn)石氫能、未來(lái)氫能；陰離子交換膜供應(yīng)商有贏創(chuàng)，等等。AEM電解水技術(shù)結(jié)合了堿性電解水技術(shù)和PEM電解水技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。- 相比堿性電解水技術(shù)，AEM技術(shù)具有更快的響應(yīng)速度和更高的電流密度；
- 相比PEM電解水技術(shù)，AEM技術(shù)的制造成本更低。
如圖所示，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，原料水從AEM設(shè)備的陰極側(cè)進(jìn)入。水分子在陰極參與還原反應(yīng)并得到電子，生成氫氧根離子和氫氣。氫氧根離子通過聚合物陰離子交換膜到達(dá)陽(yáng)極后，參與氧化反應(yīng)并失去電子，生成水和氧氣。根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)的不同，有時(shí)會(huì)在原料水中加入一定量的KOH溶液或者NaHCO3溶液作為輔助電解質(zhì)，這有助于提高AEM電解設(shè)備的工作效率。AEM電解池是組成AEM電解系統(tǒng)的基本單位。多個(gè)AEM電解池一起組成了AEM電解模塊。大量的AEM電解模塊和多個(gè)輔助系統(tǒng)一起，構(gòu)成了AEM電解水系統(tǒng)。其中，輔助體統(tǒng)包括氫氣處理和干燥系統(tǒng)、水箱、水處理凈化系統(tǒng)和交流直流轉(zhuǎn)換器等等。AEM電解池：陰極材料、陽(yáng)極材料和陰離子交換膜是AEM電解池的核心構(gòu)成，直接影響著AEM電解池的工作效率和設(shè)備壽命等。陰離子交換膜是AEM電解池中最重要的部分，直接決定著AEM電解設(shè)備的工作效率和運(yùn)行壽命。陰離子交換膜的作用是將氫氧根離子從陰極傳導(dǎo)至陽(yáng)極。因此，構(gòu)成陰離子交換膜的材料需要具備較高的陰離子傳導(dǎo)性和極低的電子傳導(dǎo)性。由于在AEM電解設(shè)備中，局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)高堿性，理想條件下，陰離子交換膜需要具備優(yōu)秀的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性。與此同時(shí)，為了隔絕陰極和陽(yáng)極，防止氫氣和氧氣相互接觸產(chǎn)生爆炸，陰離子交換膜必須具備極低的氣體滲透性。目前的陰離子交換膜通常選用聚合物作為其主要材料。由于AEM電解水技術(shù)還處于研發(fā)階段，現(xiàn)階段仍未找到最合適的材料，在研發(fā)中使用較多的有芳香族聚合物。- 芳香族聚合物在堿性環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，尤其是在加入了稀KOH溶液作為輔助電解質(zhì)的情況下，會(huì)慢慢被降解，影響AEM電解水設(shè)備的穩(wěn)定性和系統(tǒng)壽命；
- 由于氫氧根離子在陰離子交換膜中的傳導(dǎo)性比質(zhì)子交換膜中的傳導(dǎo)性低的多，為了保持AEM電解池的工作效率，研發(fā)機(jī)構(gòu)傾向于制作更薄的陰離子交換膜，以減少氫氧根離子傳導(dǎo)時(shí)受到的阻力，但這也會(huì)降低陰離子交換膜的機(jī)械穩(wěn)定性，使它容易出現(xiàn)空洞。
陰極材料和陽(yáng)極材料的主要作用是催化水的分解反應(yīng)，并將產(chǎn)生的氫氣與氧氣及時(shí)輸出。因此，陰極和陽(yáng)極材料必須具備較強(qiáng)的催化活性和多孔性。為了電極反應(yīng)的順利進(jìn)行，陰極和陽(yáng)極材料必須具備較高的陰離子傳導(dǎo)性和電子傳導(dǎo)性。現(xiàn)階段使用最多的陰極材料主要是鎳，陽(yáng)極材料主要是鎳鐵合金。鐵和鎳不但對(duì)水的分解有較強(qiáng)的催化活性，而且來(lái)源廣、成本低。由于AEM不需要在高腐蝕性的環(huán)境下運(yùn)行，因此陰陽(yáng)極材料中不需要加入釕元素等貴金屬催化劑和鈦。這大大降低了AEM設(shè)備的制造成本。目前開發(fā)的陰離子交換膜仍然無(wú)法兼顧工作效率和設(shè)備壽命。因此，有關(guān)AEM的研究主要聚焦于開發(fā)合適高效的聚合物陰離子交換膜。其次，在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，電極材料中仍然會(huì)加入少量的貴金屬。因此，開發(fā)低成本的高效非貴金屬催化劑也是AEM研究的重點(diǎn)之一。三、國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)情況目前有關(guān)AEM電解水技術(shù)的示范項(xiàng)目非常有限，大多仍處于研究階段。2020年，AEM系統(tǒng)制造公司Enapter和國(guó)際化學(xué)公司贏創(chuàng)(Evonik)等公司牽頭，開展了名為CHANNEL的研究項(xiàng)目。項(xiàng)目各方以贏創(chuàng)公司最新開發(fā)的陰離子交換膜為基礎(chǔ)，研發(fā)低成本高效率的2KW AEM電解水設(shè)備，希望可以最終將設(shè)備成本控制在600歐元每KW以下（約4400元每KW）。國(guó)內(nèi)的情況是，穩(wěn)石氫能在本次推出2.5kW單體電解槽產(chǎn)品和集成系統(tǒng)后，將在今年向規(guī)模化發(fā)展，計(jì)劃推出10kW單體電解槽產(chǎn)品；到2024年，穩(wěn)石氫能將推出100kW單體電解槽產(chǎn)品及1MW電解槽系統(tǒng)集成項(xiàng)目；到2025年，穩(wěn)石氫能則將推出1MW單體電解槽產(chǎn)品。據(jù)悉，北京未來(lái)氫能可生產(chǎn)包括陰離子交換膜、金屬雙極板、催化劑、膜電極制備、電解槽裝配與系統(tǒng)集成等全套產(chǎn)業(yè)鏈。目前的產(chǎn)品主要應(yīng)用在小型制氫示范項(xiàng)目中，國(guó)內(nèi)一家大型央企已采購(gòu)了公司一臺(tái)單槽3 Nm3/h的AEM電解水系統(tǒng)。還有清華大學(xué)、吉林大學(xué)、山東東岳集團(tuán)、山東天維膜技術(shù)有限公司進(jìn)行了陰離子交換膜研制相關(guān)工作，中科院大連化物所重點(diǎn)開展了催化劑的研發(fā)工作，中船718所開展了AEM電解槽的集成與基礎(chǔ)研發(fā)工作。來(lái)源：萬(wàn)旗氫能、穩(wěn)石氫能、艾邦綜合整理原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：AEM電解水制氫技術(shù)及國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)情況
