AEM電解水雙側(cè)供液技術(shù)與定制化測(cè)試方案

陰離子交換膜（AEM，Anion Exchange Membrane）電解水技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)堿性水電解和質(zhì)子交換膜（PEM，Proton Exchange Membrane）水電解的優(yōu)勢(shì)，因其能夠使用非貴金屬催化劑并在堿性環(huán)境中運(yùn)行，因而被認(rèn)為是生產(chǎn)綠色氫氣的最有前景的技術(shù)路線之一。

AEM電解水技術(shù)通過(guò)陰離子交換膜分隔陽(yáng)極和陰極反應(yīng)，它允許氫氧根離子（OH^-）作為載流子從陰極穿過(guò)膜到達(dá)陽(yáng)極。與PEM電解水（需要酸性或中性環(huán)境和貴金屬催化劑）不同，AEM電解水可以在堿性環(huán)境中運(yùn)行，從而可以使用更便宜、更豐富的非貴金屬催化劑（如鎳基催化劑）進(jìn)行析氧反應(yīng)（OER）和析氫反應(yīng)（HER）。

這將顯著降低電解系統(tǒng)的成本，并使其更具商業(yè)化潛力。

AEM電解水的基本反應(yīng)原理為：

陽(yáng)極：4OH^-- 4e^---> 2H₂O + O₂

陰極：4H₂O + 4e^---> 2H₂+ 4OH^-

根據(jù)上述反應(yīng)原理，在AEM電解水研究中，關(guān)于電解液的供液技術(shù)路線上，可分為3種：

一、陽(yáng)極單側(cè)供液

由于陽(yáng)極反應(yīng)（OER）需要充足的OH^-供應(yīng)，以維持反應(yīng)的進(jìn)行，陽(yáng)極直接供液能夠確保反應(yīng)所需的離子濃度，從而提高反應(yīng)效率。這種操作模式也被稱為“陰極干燥操作"。在這種模式下，電解液（純水或堿液，通常是堿液）僅供應(yīng)給陽(yáng)極，而陰極側(cè)則相對(duì)干燥。這種做法的目的是簡(jiǎn)化氫氣純化過(guò)程，并更容易從陰極提取相對(duì)干燥的氫氣。

陽(yáng)極直接供液可確保OH?充足，提升反應(yīng)效率，同時(shí)簡(jiǎn)化氫氣純化流程。該方式是未來(lái)大規(guī)模商業(yè)化電解水制氫的理想技術(shù)路線。

陽(yáng)極供水或堿液，DOI：10.1016/j.ijhydene.2022.09.181

DC780 AEM電解水測(cè)試臺(tái)基于此模式下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性與氣體輸出純度，尤其適用于高純度氫能場(chǎng)景。

二、陰極單側(cè)供液

僅在陰極單側(cè)供液的方式比較少見(jiàn)，公開(kāi)文獻(xiàn)較少。僅從理論上分析，如果能解決陽(yáng)極缺水供應(yīng)和鹽析問(wèn)題，該方式可以一定程度上降低陽(yáng)極側(cè)的流場(chǎng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)復(fù)雜度。因此，該方式還有待學(xué)界進(jìn)一步研究。

陰極供堿或水，DOI：10.1016/j.egyr.2022.10.127

三、陰陽(yáng)極雙側(cè)供液

同時(shí)向AEM電解水系統(tǒng)的陽(yáng)極和陰極提供電解液。這種方式允許獨(dú)立控制兩側(cè)的電解液流速、濃度和組成（純水或堿液）。通過(guò)精確管理，雙路供液可以確保陰極和陽(yáng)極都有充足的水供應(yīng)，維持AEM膜在不同操作條件下的水合狀態(tài)平衡，防止膜脫水或過(guò)度水合。

這對(duì)于保持高效的OH^-離子傳輸至關(guān)重要，并能有效排出電極表面產(chǎn)生的氣泡，減少傳質(zhì)損失。雙路供液方案是AEM電解水技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要方向，它為優(yōu)化水管理、提高電池性能、延長(zhǎng)壽命以及降低氫氣生產(chǎn)成本提供了有效途徑。

雙側(cè)供水，DOI：10.1002/ese3.1938

雙側(cè)供堿液，DOI：10.1002/cey2.542

總結(jié)

隨著對(duì)膜材料、催化劑和電解液工程的深入研究，結(jié)合*的流體管理策略，AEM電解水有望在綠色氫氣生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

而理化有限公司代理的DC 780 AEM電解水測(cè)試臺(tái)的陽(yáng)極進(jìn)液標(biāo)準(zhǔn)模式可提供穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)，便于開(kāi)展催化劑性能、膜傳導(dǎo)效率等基礎(chǔ)研究。

同時(shí)支持陰極供液和雙測(cè)供液的全定制化開(kāi)發(fā)，可根據(jù)客戶需求匹配精準(zhǔn)的流體控制模塊、監(jiān)測(cè)模塊，為 “優(yōu)化水管理"“延長(zhǎng)膜壽命"“提升電解效率" 等研究提供定制化設(shè)備方案，適配高校深度科研與企業(yè)特殊生產(chǎn)需求。