Vào tháng 7 năm 2026, Evonik chính thức khánh thành nhà máy sản xuất thí điểm màng trao đổi anion (AEM) tại Marl, Đức, bắt đầu sản xuất màng hiệu suất cao DURAION®. Với công suất hàng năm có khả năng hỗ trợ tới 2,5 GW hệ thống điện phân, tương đương với một phần tư tổng công suất điện phân dự kiến của Đức đến năm 2030, màng này được thiết kế đặc biệt cho điều kiện mật độ dòng điện cao và áp suất cao, và được sản xuất không sử dụng PFAS. Evonik cũng thành lập một trung tâm AEM tại Thượng Hải để thử nghiệm các giải pháp tích hợp màng với khách hàng trong điều kiện vận hành thực tế. Nhà sản xuất máy điện phân AEM có trụ sở tại Mỹ , Power to Hydrogen (P2H2), được Diễn đàn Kinh tế Thế giới vinh danh là Nhà tiên phong công nghệ năm 2026. Thiết kế máy điện phân AEM của họ hướng đến mục tiêu giảm chi phí sản xuất hydro xanh lên đến 65%. P2H2 đang triển khai một hệ thống quy mô thương mại tại Cảng Antwerp-Bruges ở Bỉ đồng thời xây dựng một máy điện phân AEM 0,5 MW cho dự án PYROCO2 của EU. Vào tháng 5 năm 2026, Enapter đã ra mắt Stack 250 mới, sản xuất khoảng 100 kg hydro tinh khiết mỗi ngày cho mỗi cụm. Thiết kế dạng mô-đun cho phép hệ thống điện phân AEM được mở rộng quy mô lên đến 100 MW hoặc thậm chí là mức gigawatt, và cụm này hoàn toàn tương thích với các hệ thống điện phân kiềm. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, giá thị trường trung bình toàn cầu của các thiết bị điện phân AEM vào năm 2025 là khoảng 2.864 USD/kW. Với việc sản xuất hàng loạt màng của Evonik, giá này dự kiến sẽ giảm xuống dưới 2.200 USD/kW vào cuối năm 2026, một kết quả trực tiếp từ khả năng sử dụng chất xúc tác kim loại không quý của các thiết bị điện phân AEM, do đó làm giảm đáng kể chi phí đầu tư hệ thống tổng thể.
Năm 2026, một lượng lớn các công trình nghiên cứu học thuật chất lượng cao đã xuất hiện trong lĩnh vực điện phân AEM, bao gồm vật liệu màng, chất xúc tác và kỹ thuật thiết bị. Năm bài báo tiêu biểu sau đây, được công bố trên các tạp chí Advanced Materials, Journal of Materials Chemistry A, Energy & Environmental Science, một bài đánh giá trên Materials và một bài đánh giá trên ScienceDirect, đã đẩy mạnh giới hạn về hiệu suất và độ ổn định của điện phân AEM từ các góc độ khác nhau.
Vật liệu tiên tiến tập trung vào hoạt động ổn định lâu dài của các thiết bị điện phân AEM ở mật độ dòng điện mức ampe. Thông qua điều chỉnh ở cấp độ nguyên tử, nó giải quyết các nút thắt cốt lõi như sự bong tróc lớp xúc tác và sự suy giảm hiệu suất nhanh chóng dưới dòng điện cao, trực tiếp giải quyết vấn đề quan trọng trong việc chuyển đổi các thiết bị điện phân AEM từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng công nghiệp.
Tạp chí Hóa học Vật liệu A (Journal of Materials Chemistry A) báo cáo về một màng trao đổi anion được gia cường bằng copolymer cycloolefin (COC). Màng này đạt được mật độ dòng điện 2,24 A cm(-2) ở 1,8 V và độ dẫn điện hydroxit là 127 mS cm(-1) ở 80 độ C. Màng composite này được đánh giá là một vật liệu AEM mới kết hợp độ dẫn điện cao, độ ổn định hóa học và tiềm năng mở rộng quy mô với chi phí thấp.
Tạp chí Khoa học Năng lượng & Môi trường đã hé lộ một hướng đi mới vượt ra ngoài phản ứng tạo oxy truyền thống, đó là sự ghép nối trực tiếp gốc OO, cho phép vận hành ổn định các thiết bị điện phân AEM ở mật độ dòng điện mức ampe. Điều này cung cấp một khuôn khổ lý thuyết hoàn toàn mới để thiết kế các chất xúc tác OER không chứa kim loại quý, giúp giảm sự phụ thuộc vào các kim loại nhóm bạch kim và do đó giảm áp lực tái chế kim loại quý .
Bài đánh giá trên tạp chí Materials đã xem xét một cách có hệ thống những tiến bộ về vật liệu điện cực trong các công nghệ điện phân ALK, PEM, SOEC và AEM từ năm 2021 đến năm 2025. Bài viết tập trung vào tình trạng ứng dụng hiện tại của các chất xúc tác kim loại không quý tại cả cực dương và cực âm của các thiết bị điện phân AEM, cũng như cách tối ưu hóa cấu trúc điện cực giúp nâng cao hiệu quả hệ thống.
Bài đánh giá của ScienceDirect đã tổng hợp một cách toàn diện tình trạng hiện tại của công nghệ điện phân nước AEM, bao gồm các hệ thống có công suất từ 0,1-2,5 kW trong nghiên cứu học thuật đến khoảng 2,5 kW-5 MW trong các ứng dụng công nghiệp. Bài viết cung cấp sự so sánh chi tiết về ảnh hưởng của các thông số như chất xúc tác điện hóa, lớp vận chuyển xốp, nhiệt độ và thành phần chất điện giải đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
Polyme liên kết không ion: Siemens Energy đã phát triển các điện cực điện phân AEM sử dụng chất kết dính không ion, không chứa flo. Điện cực kỵ nước đẩy chất điện giải lỏng ra khỏi các kênh dẫn, làm giảm áp suất bão hòa quá mức của hydro. Ở mật độ dòng 2 A cm⁻², sự khuếch tán hydro giảm xuống còn 0,8%, và điện thế quá mức thấp hơn 40 mV so với các polyme ion anion truyền thống. Cực âm không ion vẫn ổn định trong hơn 1.000 giờ hoạt động, hứa hẹn một thế hệ điện cực điện phân AEM bền bỉ mới.
Màng poly(triphenyl alkyl) liên kết chéo: Một màng trao đổi anion (AEM) liên kết chéo không ion với các chuỗi bên dicationic đạt được độ dẫn điện 141,9 mS cm(-1) ở 80 độ C và giữ lại 90,9% độ dẫn điện ban đầu sau 1.600 giờ ngâm trong dung dịch kiềm mạnh ở 60 độ C. Thông qua thiết kế phối hợp giữa liên kết chéo không ion và các chuỗi bên dicationic, nghiên cứu này đã tăng cường đáng kể độ ổn định hóa học của AEM trong môi trường kiềm.
Độ bền và sự xuống cấp của màng AEM: Bài đánh giá này phân tích một cách hệ thống các cơ chế xuống cấp của màng trong các thiết bị điện phân AEM, bao gồm sự xuống cấp hóa học-cơ học của khung polymer, sự xuống cấp của các nhóm đầu amoni bậc bốn do sự tấn công của gốc hydroxyl và sự trương nở của màng. Các sản phẩm xuống cấp hóa học làm ô nhiễm lớp xúc tác và dẫn đến mất hiệu suất. Nghiên cứu này cung cấp một bản đồ cơ chế hỏng hóc rõ ràng để kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện phân AEM.
Thiết kế và đánh giá điện phân AEM: Nghiên cứu này đã phát triển một điện phân AEM xốp hai lớp mới sử dụng hai lớp lưới niken xếp chồng lên nhau với độ xốp khác nhau làm cực dương , được tối ưu hóa bằng phương pháp Taguchi. Thiết kế này, khác biệt so với các cấu hình thông thường, cải thiện hiệu quả truyền khối và cung cấp cơ sở thiết kế định lượng cho việc mở rộng quy mô kỹ thuật của điện phân AEM.
Chất xúc tác lưỡng chức: Bài báo này trình bày về các tấm nano cấu trúc dị thể Fe3O4/Co3S4 được pha tạp đồng thời Ni và Mn, có hoạt tính xúc tác cho cả quá trình tạo oxy và tạo hydro. Ở mật độ dòng điện cấp công nghiệp, việc thiết kế các chất xúc tác lưỡng chức không chứa kim loại quý giúp giảm đáng kể lượng tiêu thụ kim loại nhóm bạch kim, từ đó giảm bớt gánh nặng cho việc tái chế kim loại quý. Nó cũng làm giảm độ phức tạp của việc thu hồi titan và niken ; các chất xúc tác gốc niken và điện cực lưới niken có thể được tái chế trực tiếp sau khi ngừng hoạt động, trong khi các tấm lưỡng cực titan cũng có khả năng tái chế tốt.
Thiết kế lớp catốt: Thông qua phân tích động học, nghiên cứu này thiết lập các nguyên tắc thiết kế tổng quát cho chất xúc tác catốt và lớp xúc tác trong máy điện phân AEM, phân tích một cách hệ thống mối quan hệ giữa cấu trúc và hiệu suất. Nghiên cứu này lấp đầy khoảng trống về phương pháp luận giữa phát triển vật liệu xúc tác và thiết kế kỹ thuật điện cực, cung cấp các mục tiêu rõ ràng cho thiết kế định lượng catốt AEM.
Dự án Smart Hydrogen Hub tại Cảng Rotterdam đã lựa chọn hệ thống điện phân AEM Nexus 2500 của Enapter làm công nghệ điện phân cốt lõi. Hệ thống này là một máy điện phân AEM đa lõi công suất 2,5 MW được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp. Kiến trúc mô-đun của nó hỗ trợ mở rộng công suất theo từng giai đoạn và vận hành linh hoạt trong điều kiện năng lượng tái tạo biến động. Nằm trong khu vực M4H (Merwe-Vierhavens), một khu vực đang được tái phát triển thành trung tâm đổi mới, dự án được phát triển bởi sự hợp tác giữa Platform Zero, Adsensys, Cảng Rotterdam, InnovationQuarter và các đối tác công tư khác. Dự án sẽ chứng minh sự tích hợp của việc phát điện quang điện, lưu trữ năng lượng, sản xuất hydro, chứng nhận và sử dụng tại chỗ vào một hệ thống năng lượng linh hoạt duy nhất cho các ứng dụng công nghiệp, vận tải và hàng hải. Theo nguồn tin từ dự án, hệ thống điện phân AEM trực tiếp tạo ra hydro tinh khiết cao ở áp suất 35 bar, loại bỏ việc tiêu thụ năng lượng cho quá trình nén bổ sung. Mức tiêu thụ điện năng tổng thể của hệ thống xấp xỉ 4,2 kWh/Nm3 và hoạt động ổn định trong phạm vi tải từ 20% đến 125%. Kinh nghiệm từ dự án trình diễn này cho thấy tốc độ phản hồi của máy điện phân AEM dưới điều kiện công suất đầu vào dao động tương đương với máy điện phân PEM , và do sử dụng điện cực gốc niken nên chi phí vận hành và bảo trì thấp hơn đáng kể so với các hệ thống chứa kim loại nhóm bạch kim. Dữ liệu vận hành thực tế này cung cấp cơ sở đáng tin cậy cho việc triển khai quy mô lớn máy điện phân AEM tại các cảng và khu công nghiệp.
Ngôn ngữ
