今天简单介绍一下AEM电解水电堆结构问题、以及如何进水和BOP的问题。

1、电堆结构简介

以下用一个图例简介AEM电堆常用的结构以及材料，当然这些部件都可以做出优化和替换。下图是一个电解池单元的剖切图以及相关尺寸，见下图1：

图1：AEM单电池示意图

下图2为多电池组合示意图：

图2：AEM多电池组堆示意图

2、关于如何进液问题

在 AEM 电解槽中，液体电解质既可通过 (i) 阳极室和阴极室（平衡式）；也可通过(ii) 阳极室或 (iii) 阴极室进行循环（差压式）。还有一种特殊情况是向两个隔室注入不同成分的液流。典型的情况是阴极注入水，阳极注入氢氧化物等电解质溶液。在传统的工业碱性电解槽中，通常液态电解质流经两个电极隔室。这主要是通过使用基于多孔隔膜的分离器实现的。在这种情况下，只向一个电极室进液会导致电解液大量交叉。如果使用致密聚合物阴离子选择性膜作为分离器，交叉情况就不同了。液态电解质只需注入一个电极隔室，不会出现明显的交叉从而导致气体交叉。这可以简化液体电解质的循环（BOP），甚至可以简化气体分离和处理过程（BOP），因为这样可以获得更高纯度的气体。通常来看电解液流经两个隔室代表了最先进的技术。曾经有研究测试了不同的进水方法，观察到阴极室充满水，液碱（电解质）在阳极侧循环时电解池稳定性最好。当水只通过其中一个电极室循环时，如果水只通过阴极或阳极一侧循环，发现在运行一段时间后电阻增加的现象。另外还有人进行了另一项直接比较。在 1mol/dm3 KOH 溶液通过两个电极区循环的情况下，电池性能最佳。

阴极反应是在消耗两个 H2O 分子和释放两个 OH- 离子的情况下形成 H2 分子。如果只向阴极区注入液态电解质，OH- 离子就会在水分子形成的溶解壳的伴随下穿过膜输送到阳极区。阳极的析氧反应会产生额外的 H2O 分子。因此，阳极室内环境的 pH 值将接近中性，无法满足确保镍基阳极稳定性的 pH 值高于 9 的条件。因此，这种方案无法确保电池的腐蚀稳定性。

另外，液态电解质也可以只输入阳极室。在这种情况下，可以获得纯度更高的 H2（氢气通常是我们要的主要产品）。电解槽的这种构造还能使电解槽更容易用作电化学压缩机（电化学过程增压）。电极反应的性质确保了两个电极的 pH 值稳定。通过亲水膜，可确保向阴极供水（水在阴极消耗）。在高电流负荷下，理论上这可能与膜的局部或部分干燥有关。这反过来又会导致膜降解。

总之，从 AEM性能的角度来看，液体电解质在两个电极室中循环是有益的（采用平衡式）。然而，即使只通过阳极侧进行循环，也能得到较高的电密。如前所述，液体电解质只通过一个电极室进行循环具有简化BOP的优势，因此，液体电解质只通过阳极侧进行循环是未来最先进装置的候选方案。

3、关于AEM电解系统的BOP（为典型的阳极侧进液模式）在阴离子交换膜水电解槽中，干阴极操作是一种理想的操作模式，可以最大限度地减少生成氢气的污染，保证氢气纯度和简化BOP。然而，在这种运行条件下的水管理对保持可靠的性能和耐用性非常有挑战性。

下图3为纯水性AEM的BOP：

图3：AEM纯水型BOP示意图

下图4为液碱型AEM的BOP：

图4：AEM液碱型BOP示意图

下图5为优化后的纯水型AEMBOP图：

图5：优化后AEM液碱型BOP示意图

下图6为优化后的液碱型AEMBOP图：

图6：优化后AEM纯水型BOP示意图

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