AEM是固體聚合物陰離子交換膜（Anion Exchange Membrane）電解水的簡稱，主要結構由陰離子交換膜和兩個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，并使用廉價非貴金屬催化劑和碳氫膜。
行業普遍認為，AEM制氫技術兼具了堿性低成本和純水高效率的雙重優勢，降本空間巨大，是目前較為前沿的電解水技術之一，也是未來綠氫大規模應用的首選技術之一。
但是，全世界只有極少數的公司在嘗試將其商業化，相關的應用和示范項目也很少，如電解槽公司主要有德國Enapter、穩石氫能、未來氫能；陰離子交換膜供應商有贏創，等等。
AEM電解水技術結合了堿性電解水技術和PEM電解水技術的優點。
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相比堿性電解水技術，AEM技術具有更快的響應速度和更高的電流密度；
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如圖所示，設備運行時，原料水從AEM設備的陰極側進入。水分子在陰極參與還原反應并得到電子，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陽極后，參與氧化反應并失去電子，生成水和氧氣。
根據設備設計的不同，有時會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，這有助于提高AEM電解設備的工作效率。
AEM電解池是組成AEM電解系統的基本單位。多個AEM電解池一起組成了AEM電解模塊。大量的AEM電解模塊和多個輔助系統一起，構成了AEM電解水系統。
其中，輔助體統包括氫氣處理和干燥系統、水箱、水處理凈化系統和交流直流轉換器等等。
AEM電解池：陰極材料、陽極材料和陰離子交換膜是AEM電解池的核心構成，直接影響著AEM電解池的工作效率和設備壽命等。
陰離子交換膜是AEM電解池中最重要的部分，直接決定著AEM電解設備的工作效率和運行壽命。陰離子交換膜的作用是將氫氧根離子從陰極傳導至陽極。因此，構成陰離子交換膜的材料需要具備較高的陰離子傳導性和極低的電子傳導性。
由于在AEM電解設備中，局部區域會出現高堿性，理想條件下，陰離子交換膜需要具備優秀的化學和機械穩定性。與此同時，為了隔絕陰極和陽極，防止氫氣和氧氣相互接觸產生爆炸，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電解水技術還處于研發階段，現階段仍未找到最合適的材料，在研發中使用較多的有芳香族聚合物。
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芳香族聚合物在堿性環境中長期運行時，尤其是在加入了稀KOH溶液作為輔助電解質的情況下，會慢慢被降解，影響AEM電解水設備的穩定性和系統壽命；
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由于氫氧根離子在陰離子交換膜中的傳導性比質子交換膜中的傳導性低的多，為了保持AEM電解池的工作效率，研發機構傾向于制作更薄的陰離子交換膜，以減少氫氧根離子傳導時受到的阻力，但這也會降低陰離子交換膜的機械穩定性，使它容易出現空洞。
陰極材料和陽極材料的主要作用是催化水的分解反應，并將產生的氫氣與氧氣及時輸出。因此，陰極和陽極材料必須具備較強的催化活性和多孔性。為了電極反應的順利進行，陰極和陽極材料必須具備較高的陰離子傳導性和電子傳導性。
現階段使用最多的陰極材料主要是鎳，陽極材料主要是鎳鐵合金。
鐵和鎳不但對水的分解有較強的催化活性，而且來源廣、成本低。由于AEM不需要在高腐蝕性的環境下運行，因此陰陽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設備的制造成本。
目前開發的陰離子交換膜仍然無法兼顧工作效率和設備壽命。因此，有關AEM的研究主要聚焦于開發合適高效的聚合物陰離子交換膜。
其次，在實驗室研發階段，電極材料中仍然會加入少量的貴金屬。因此，開發低成本的高效非貴金屬催化劑也是AEM研究的重點之一。
目前有關AEM電解水技術的示范項目非常有限，大多仍處于研究階段。
2020年，AEM系統制造公司Enapter和國際化學公司贏創(Evonik)等公司牽頭，開展了名為CHANNEL的研究項目。
項目各方以贏創公司最新開發的陰離子交換膜為基礎，研發低成本高效率的2KW AEM電解水設備，希望可以最終將設備成本控制在600歐元每KW以下（約4400元每KW）。
國內的情況是，穩石氫能在本次推出2.5kW單體電解槽產品和集成系統后，將在今年向規模化發展，計劃推出10kW單體電解槽產品；到2024年，穩石氫能將推出100kW單體電解槽產品及1MW電解槽系統集成項目；到2025年，穩石氫能則將推出1MW單體電解槽產品。
據悉，北京未來氫能可生產包括陰離子交換膜、金屬雙極板、催化劑、膜電極制備、電解槽裝配與系統集成等全套產業鏈。目前的產品主要應用在小型制氫示范項目中，國內一家大型央企已采購了公司一臺單槽3 Nm3/h的AEM電解水系統。
還有清華大學、吉林大學、山東東岳集團、山東天維膜技術有限公司進行了陰離子交換膜研制相關工作，中科院大連化物所重點開展了催化劑的研發工作，中船718所開展了AEM電解槽的集成與基礎研發工作。
原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：AEM電解水制氫技術及國內外相關企業情況
