Trong quá trình điện phân nước để sản xuất hydro,Màng trao đổi proton (PEM)máy điện phân vàMáy điện phân màng trao đổi anion (AEM)cung cấp các tính năng riêng biệt và lợi ích ứng dụng. Sau đây là tổng quan về những khác biệt chính của chúng:
Vật liệu màng
PEMMáy điện phânsử dụng màng trao đổi proton, thường được làm từ polyme perfluorosulfonic nhưProtoneXhoặc Nafion, dẫn proton (H+).
Máy điện phân AEMsử dụng màng trao đổi anion, thường được làm từ các polyme có nhóm chức tích điện dương, chẳng hạn như polystyrene sulfonat (PSSA), polysulfone sulfonat (PSA), polyether sulfone sulfonat (PES-SA) và các loại khác, dẫn ion hydroxide (OH-).
Chất điện phân
PEMMáy điện phânthường hoạt động với nước tinh khiết hoặc dung dịch axit loãng.
Máy điện phân AEMcó thể sử dụng dung dịch kiềm loãng hoặc nước tinh khiết, mang lại sự linh hoạt hơn trong việc lựa chọn vật liệu.
Chất xúc tác
Máy điện phân PEMyêu cầu chất xúc tác có thể chịu được môi trường axit. Bạch kim (Pt) thường được sử dụng để giải phóng hydro ở catốt, trong khi iridi oxit (IrO2) được sử dụng để giải phóng oxy ở anot.
Máy điện phân AEMcó thể sử dụng chất xúc tác kim loại thường trong môi trường kiềm, giúp giảm chi phí.
Môi trường hoạt động
Máy điện phân PEMhoạt động trong điều kiện có tính axit, đòi hỏi vật liệu có khả năng chống axit cao và ổn định về mặt hóa học.
Máy điện phân AEMhoạt động trong môi trường kiềm, cho phép sử dụng nhiều loại vật liệu hơn, bao gồm cả kim loại giá rẻ, không ăn mòn và không quý.
Hiệu quả và Chi phí
Máy điện phân PEMđược coi là có hiệu suất cao do mật độ dòng điện cao và khả năng sản xuất hydro có độ tinh khiết cao, mặc dù chúng có xu hướng đắt hơn.
Máy điện phân AEMkết hợp lợi ích về chi phí của phương pháp điện phân kiềm với hiệu quả đơn giản của hệ thống PEM, mang lại những ưu điểm như khởi động nhanh và tiêu thụ năng lượng thấp.
Sự trưởng thành của công nghệ
Máy điện phân PEMđã tương đối hoàn thiện và đã được thương mại hóa để sản xuất hydro và ứng dụng trong pin nhiên liệu.
Máy điện phân AEMvẫn đang trong giai đoạn phát triển. Mặc dù chúng có chi phí thấp và dễ vận hành, nhưng cần nghiên cứu thêm để cải thiện tuổi thọ sản phẩm và khả năng mở rộng quy mô để sản xuất hydro.
Thiết kế hệ thống
Máy điện phân PEMđòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về tính ổn định hóa học và độ bền cơ học của màng trao đổi proton, cũng như độ bền của chất xúc tác kim loại quý.
Máy điện phân AEMyêu cầu chú ý đến độ dẫn điện của màng, độ ổn định kiềm và lựa chọn chất xúc tác và vật liệu tương thích với môi trường kiềm.
Tiềm năng ứng dụng
Máy điện phân PEMlý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi hydro có độ tinh khiết cao, chẳng hạn như nguồn hydro cho pin nhiên liệu.
Máy điện phân AEMcho thấy tiềm năng to lớn trong sản xuất hydro tái tạo quy mô lớn do chi phí thấp và dễ vận hành khi tích hợp với các nguồn năng lượng tái tạo.
Tóm lại, cả máy điện phân PEM và AEM đều có những điểm mạnh riêng. Việc lựa chọn giữa hai công nghệ này phụ thuộc vào nhu cầu ứng dụng cụ thể, phân tích hiệu quả chi phí và điều kiện vận hành. Khi nghiên cứu tiến triển, những cải tiến trong vật liệu AEM và thiết kế hệ thống có thể mở ra những cơ hội thị trường mới cho sản xuất hydro quy mô lớn.
