阴离子交换膜电解水：实现低成本绿色制氢的关键技术

阴离子交换膜电解水：实现低成本绿色制氢的关键技术

ACS：离子聚合物在阴离子交换膜电解中的应用机会

背景

阴离子交换膜水电解 (AEM-WE) 有望在未来实现低成本、绿色氢气生产。为了发挥这一潜力，必须显著提高催化剂层 (CL) 的性能和稳定性，包括开发定制的离子导电聚合物材料。本综述总结了阴离子交换离聚物 (AEI) 在 CL 中的作用，包括催化活化、增强层稳定性和改善离子传导。还讨论了诸如氢析出反应 (HER) 和氧析出反应 (OER) 的抑制以及离聚物的氧化不稳定性等不利影响。讨论了离聚物未来发展的机会，以指导这方面的工作。

过去几十年来，绿色氢能作为可持续能源未来的能源载体备受关注，但氢经济仍处于实现的边缘。近期的政策将改变这一现状。氢能理事会发布的路线图表明，如果各国要实现其气候变化目标，2015 年至 2050 年间，全球氢能需求可能会增长 10 倍（从 8 艾焦耳增加到 80 艾焦耳）。国际能源署 (IEA) 2019 年的一份报告支持这一观点，并非常乐观地认为，氢能技术的发展势头不会像过去几十年那样经历同样的“热情周期”。各种独立的氢能战略路线图也已发布，例如欧盟氢能战略、美国能源部的清洁氢能战略和路线图以及加拿大自然资源部氢能战略。

这些路线图基于引入绿色和可再生替代方法以取代现有制氢方法的需求。这种引入在经济上也应等同于现有的蒸汽甲烷重整和煤气化生产方法，这两种方法合计占当前供应量的 98% 以上。因此，电解制氢再次受到关注，因为它还具有间歇性和分散性操作的固有优势，可以补充许多可再生电力来源。虽然水电解制氢的成本仍然相对较高（约 6-8 美元/千克），但随着对海上风电等廉价可再生能源的投资，预计成本将大幅下降。除了降低电价外，如果电解氢要具有经济竞争力，还必须大幅降低电解槽资本支出 (capex)。最近的一项技术经济分析估计，水电解的资本支出约占制氢成本的 20%，随着电价下降（约占运营支出的 80%），资本支出对氢气平准化成本 (LCOH) 的贡献显著增加。图 1 显示，超过 50% 的资本支出与电解器成本和所需更换直接相关，其余部分则归因于设备平衡 (BOP)。氢能委员会的一份报告表明，到 2030 年，资本支出预计将减少 60%。虽然这主要依赖于规模经济，但也需要科学界的技术创新（例如，以更低的成本生产更高效的电池）。

图 1。显示 (a) AWE、(b) PEM-WE 和 (c) AEM-WE 的示意图。饼图显示了以 66.7 MWh-1 电价运行的 1 MW 系统的氢气平准化成本 (LCOH)。显示了来自堆栈、工厂平衡 (BOP)、更换支出和运营支出 (OPEX) 的贡献。改编自 Ref. 7 版权所有 2022 。此条形图描绘了 AWE 与 PEM-WE 和加压 AWE 系统相比的资本支出 (CAPEX) 成本细分。

电解制氢最早由范德华 (1789) 在 200 多年前实现，到 20 世纪中叶，商用碱性水电解槽 (AWE) 的运行电流为 200 mA cm-2 (2000 A m-2)，电池电压为 2 V。氢气和氧气的析出反应通常在镍基底和网状电极上进行。离子传输是通过使用高浓度 (10–30 wt %) 的 KOH/NaOH 实现的，KOH (50 °C, 30 wt %) 和 NaOH (50 °C, 20 wt %) 的最大比电导率值分别为 950 mS cm-1 和 650 mS cm-1，需要使用膜分离器以防止气体混合（图 1a）。现代膜最初由石棉制成，现在由亲水性复合材料和/或聚合物材料制成，以确保足够的孔隙率和润湿性，从而实现电极之间的高效离子传输。然而，孔隙率不够高，无法允许显著的气体交叉，尤其是在超过泡点压力差的情况下。因此，除了确保足够的稳定性外，膜分离器的典型厚度为 200 至 500 μm，这会增加欧姆过电位。

1966 年，通用电气开发出了质子交换膜水电解器 (PEM-WE)，它利用固体聚合物膜 (SPE) 或质子交换膜 (PEM)，这是一种多氟磺酸聚合物，其中亲水域和侧链阴离子基团的渗透可确保高质子传导性，而无需电解质（图 1b）。这意味着，与隔膜不同，SPE 具有超低孔隙率，可以在差压下产生氢气，从而避免了下游压缩的成本，并且如果阳极（氧气）侧也加压，则可避免更高热力学电压的损失。这意味着，与隔膜不同，SPE 具有超低孔隙率，可以在差压下产生氢气，从而避免了下游压缩的成本，并且如果阳极（氧气）侧也加压，则可避免更高热力学电压的损失。氢气交叉会随着压力的增加而增加，并降低电解器的法拉第效率，从而将加压电解限制在 30 bar 左右。据报道，加压操作是通过降低气体交叉来实现的，从而允许更快的压力变化，使 PEM-WE 对需要动态操作的最终用途（例如电网调平系统）更具吸引力。与膜分离器相比，这一关键优势允许使用更薄的膜（50-300 μm），从而显着降低欧姆过电位损耗，将施加电压降低至 1.6-1.8 V，≥1 A cm-2。PEM-WE 的高电流密度减少了每个堆栈所需的电池数量。PEM-WE 的资本支出受 Pt 基氢析出反应 (HER) 催化剂和 ir 基氧析出反应 (OER) 催化剂、Ti 基流场板和多孔传输层 (PTL) 的成本影响，这些催化剂被选择在 PEM 的酸性条件下溶解。因此，PEM-WE 的电堆成本比 AWE 电堆高 20%，如图 1 所示，使得 LCOH 略高于 AWE。

人们付出了巨大的努力来开发阴离子交换膜 (AEM)，以便将 SPE 的优势与使用相对便宜的不锈钢或镍电池组件结合起来（类似于开发燃料电池的动机）。AEM 的开发可以追溯到 20 世纪 60 年代，当时它们首次用于电渗析脱盐。最初受到碱性条件下不稳定性问题的困扰，近年来在理解各种降解反应方面取得了重大进展，从而设计了碱稳定的 AEM。例如，常用的季铵 (QA) 基团的显著化学降解是通过霍夫曼消除反应发生的。除非用具有消除反应几何约束的杂环 QA 或不含 β-H 的替代阳离子基团（如咪唑）来诱导 β-H 的稳定性。众所周知，主链段也容易降解，例如聚（芳醚砜），聚合物的主链结构还必须考虑氢氧离子的稳定性。

随着膜在碱性介质中稳定性的提高，膜的电导率也显著提高，从而使得各种AEM得以商业化，例如FAA-3（）、A201（）、（）、（）、Orion TM1（Orion）和（）。非贵金属HER1和OER催化剂的不断发展也支持了膜技术的进步，最终导致了阴离子交换膜电解（AEM-WE）的快速发展，并得到了广泛的评价。AEM-WE系统的初始终身性能（BOL）与PEM-WE系统相当，但材料成本仅为其一小部分。据估计，1 MW AEM-WE的投资成本比PEM-WE低42％（图1c）。

尽管 BOL 性能良好，但 AEM-WE 的成本竞争力目前阻碍了这项技术的发展。如图 1 所示，由电池寿命决定的更换成本显著影响了 PEM-WE 的资本支出。与 PEM-WE 相比，AEM-WE 的寿命通常要低 10 倍，受 Ir 溶解和双极板钝化限制，因此更换成本仍然很高。随着上述碱稳定膜的进步，化学降解 AEM 不再限制耐久性。AEM 的使用寿命可以超过 1 年，几乎不会出现化学降解的迹象。相反，很明显，与 AEM-WE 系统的稳定性和性能相关的因素与催化剂层 (CL) 结构及其中的离子粘合剂的作用密切相关。本文重点介绍这些因素，并解决了几个关键问题，例如离子粘合剂在 AEM-WE 的 CL 中起什么作用？离子基粘合剂的关键性能要求是什么？如何评估这些属性？离子结构与这些特性有何关系？未来离子聚合物的发展机遇是什么？

许多 AWE 系统采用镍、钢或镀镍钢板，这些钢板上穿孔以有效去除气泡。H2 或 O2 的释放会导致电极和膜分离器之间的电解质出现空隙，因此与膜的距离通常是在靠近分离器时降低欧姆电阻和增加空隙空间之间的折衷。金属泡沫和毡的最新发展实现了“零间隙”AWE 配置，其中足够的孔隙率允许有效去除通过电极释放的气体，然后用电解质替换。在这种情况下，必须在具有高金属表面活性表面积和小孔径以及增加气泡滞留趋势之间优化电极的孔隙率。

通过电镀或等离子涂层对各种合金进行表面改性，镍和钢板电极的电化学活性得到了增强。在碱性条件下，雷尼型 Ni 合金更适合用作 HER 阴极，而 NiFe 合金由于 Ni 和 Fe 之间的部分电荷转移而成为高活性 OER 催化剂，从而提高了 Ni 中心的 OER 活性。近年来，在不锈钢电氧化以形成高活性 NiFe 表面位点的研究方面取得了新进展。本文全面回顾了用于电化学水分解的不锈钢表面改性。

层状双氢氧化物 (LDH) 具有带正电的 MO6 八面体分子层，其中插入了阴离子，也作为 OER 催化剂受到了广泛关注，尤其是直接在 Ni 基底上制备时。通过在金属基底上生长来控制催化剂结构的能力可带来高性能电极结构。例如，Wan、Wang 等人在 Ni 泡沫上直接制备了具有垂直排列的 NiFe-LDH 纳米片的独立电极。当使用去离子水时，CL 中的阴离子交换离聚物 (AEI) 的使用对于催化剂活化和离子传输是必要的。因此，将 20% 的季铵聚 (QAPPT) 阴离子交换离聚物 (AEI) 喷入 NiFe-LDH 层中。虽然这些电极在 1 m KOH 电解质中的非原位和单电池性能随着离子负载的增加而降低，但优化的负载为单电池在去离子水 (DI) 中运行提供了足够的离子传输，并且比传统的基于 IrO2 的电极配置表现出更高的稳定性。

由于电解器堆栈内会产生分流电流（电短路），因此降低电解质浓度的动机显而易见，并且需要仔细优化流道和歧管以增加电阻，而不会引入其他损失，例如增加泵入 BOP 的能量。Wang 等人对电解质对阴极和阳极性能的影响进行了广泛的研究。虽然对阴极的主要考虑是确保 HER 充分水合，但是当使用高 pH 值电解质时，阳极的过电位较低，其中对于非贵金属催化剂，OER 的 pH 依赖性特别高。这样，可能无法避免使用稀 KOH 来保持电池效率与 PEM-WE 具有竞争力。电解质固有的导电性可以完全避免使用离子材料。例如，Wang 等人通过等离子喷涂在不锈钢基材上制造了集成电极。将熔融颗粒固结成活性层不需要使用聚合物粘合剂，并且在 1 M KOH 电解质中表现出高电池性能（2 V 时 2 A cm−2）。

图 2. 显示不同 AEM-WE 制造方法的图表。CCM 和 CCS 由含有纳米颗粒和离子聚合物的 CL 组成，分别沉积在 AEM 或 PTL 上。与阴极 CCM 相比，使用阴极 CCM 时测量到的 H2 交叉更大。无离子聚合物和离子聚合物涂层电极由直接在 PTL 上制造的催化剂组成，具有足够的粘附性。离子聚合物涂层有助于稳定催化剂并在 DI 水 AEM-WE 操作中提供必要的离子传导途径。AEM 和 PTL 之间的间隙只是为了清晰起见而添加的。

但是，如果纳米颗粒催化剂通过物理键合松散地附着在基底上，则可能需要使用离聚物来防止分层。沉积 CL 的基底可以是膜（形成催化剂涂层膜，或 CCM）或多孔传输层（PTL，称为催化剂涂层基底，CCS，或多孔传输电极，PTE）。图 2 描绘了差异。催化剂涂层基底通常用于允许对新催化剂进行原位表征。Zheng、Liu 和 Li 指出，2019 年，8% 的水分解电催化剂使用金属泡沫作为基底。CCS 方法的一个缺点是，在组装成完整的电池时，必须在膜和 CL 中的离聚物之间形成离子界面。如果离子单体具有玻璃化转变温度（例如 130°C），则需要在 Tg 以上进行热压以降低界面电阻。例如，Park、Sung 等人。通过热压含有 FAA-3 AEI 的 CCS，AEM-WE 性能得到极大改善，尽管使用 CCM 可以进一步提高 AEM-WE 性能。

有时，CCM 比热压 CCS 更受欢迎，因为油墨中的溶剂会部分溶解膜，从而允许膜和离子聚合物之间形成可渗透的离子网络，从而降低界面离子电阻。另一个好处是，CL 沉积可以得到更高程度的控制，而不像多孔基材上的涂层那样，渗透深度和催化剂分布都难以控制和量化。靠近膜的薄 CL 也能使 CL 的离子电阻较低。然而，由于 CL 与 PTL 不同，因此出现了一些独特的挑战，包括催化剂分层的趋势更高、催化剂颗粒之间的孔隙率降低以及当离子单体含量过高时由于孤立催化剂而导致的电导率损失。Park、Sung 等人最近表明，与 CCM 相比，CCS 结构的大孔隙率可以降低传质阻力，同时提高电导率。Chen 等人最近表明，使用 CCM 或 CCS 制造方法时，H2 通过 AEM 的交叉存在显着差异（图 2）。 CCM 孔隙率的降低可能导致 H2 在 CL/AEM 界面处局部积聚，从而导致气体交叉增加。

显然，对离子聚合物的需求将取决于所需的 CL 形态和结构以及电解器的设计选择。尽管离子聚合物对于 DI 水操作至关重要，但 Wang 及其同事最近对文献的回顾并未显示电极制造技术与在 1 M KOH 中操作的电极的性能和稳定性之间存在明显的趋势。目前尚不清楚哪种 CL 架构将主导未来的 AEMWE 系统，但是，为了确保短期内具有足够的稳定性，商用 AEM-WE 最初可能倾向于使用无离子聚合物的电极。使用稀辅助电解质，降低 CL 的离子电阻和通过优化催化剂利用率降低动力学过电位的研究挑战可能会继续扩大，因为可能需要降低欧姆电阻。此外，开发使用 DI 水的 CL 需要更好地了解离子聚合物在 AEM-WE 中的使用方式以及如何改进材料。

离聚物作为粘合剂。离聚物在阴极电解液中的主要作用是充当粘合剂材料，以提供机械完整性并防止催化剂在气态产物释放过程中分层。在电解过程中，产生的 H2 和 O2 迅速克服了压力依赖性溶解度限制（在 25°C 的大气压下，H2 为 0.78 mM，O2 为 1.32 mM），在成核点形成气泡。成核后，气泡在分离前生长，随后在从电极渗透时生长。较小的孔径使气泡更容易被捕获，为气泡生长提供更多时间并增加阴极电解液结构上的应力。虽然增加阴极电解液的孔隙率或使用干阴极是提高气泡去除效率的性能和稳定性并最大限度地减少气泡捕获的两种方法，但通过增强催化剂-离聚物粘附性来提高阴极电解液的机械完整性是另一种方法。

在CL中，离聚物的主要作用是作为粘合剂材料，提供机械完整性并防止催化剂在气态产物释放过程中分层。

图 3. (a) 显示离子单体膨胀的图表，可通过使用具有较低 IEC 的离子单体或增加链缠结来减少膨胀。 (b) 用于控制吸水性、膨胀和结合性能的 AEI 结构：三甲基铵官能化聚苯乙烯 (TMA-x)、交联聚（硼烯）、苯基化聚（六甲基-对三苯基苯并咪唑）和聚（硼烯）三元共聚物。 (c) 通过增加离子聚合物（例如自粘离子聚合物）的粘附性能来减少颗粒分层。

催化剂-离子聚合物的粘附性取决于离子聚合物材料在电解器水合环境中的表现。众所周知，离子交换材料吸水后会膨胀。水的吸收首先是由离子聚合物内离子的溶剂化引起的，由于水合能和水合半径的差异，反离子的性质会加剧这种溶剂化。随着离子浓度的增加，高离子交换容量 (IEC) 离子聚合物会导致高吸水率和高体积膨胀，如图 3a 所示。在 PEM-WE 的开发中，过度的离子聚合物膨胀被认为会导致 CL 分层。

在 AEM-WE 文献中，Li, Kim 等人报告称，虽然增加两种 CL 中三甲胺官能化聚苯乙烯 (TMA-x，图 3b) 的 IEC 会降低施加的电池电压（向阳极和阴极注入 DI 水），但结合强度并不令人满意。相反，较低 IEC 的离聚物显示出更长的电池寿命但性能会降低。Huang, Kohl 等人在 3 wt % K2CO3（仅阳极）电解槽中优化了阳极和阴极上一系列聚（脱甲基硼烯）AEI（未交联，类似于图 3b）的 IEC 和负载量。在阴极侧，高 IEC 离聚物更受青睐，因为 HER 需要水，而水由阳极通过膜提供。在阳极上，他们发现低 IEC 离聚物对性能有显著的好处，而添加的聚四氟乙烯 (PTFE) 可进一步增强性能，而不会显著影响电池的离子电导率。疏水性/亲气性粘合剂同样可以提供通过 CL 快速排气的途径。例如，可以通过考虑使用氟化烷基侧链来保持离子电导率，从而提高 AEI 的固有疏水性。

除了 IEC 之外，如果使用支持电解质，离子聚合物的膨胀很大程度上取决于其浓度。当支持电解质中离子的浓度（即化学势）超过聚合物亲水通道内的化学势时，离子会被离子单体吸收，导致水活度降低，膨胀吸水量开始下降。转变浓度已用于确定实际系统中反离子的活度系数，并用于检查各种离子导电聚合物中离子凝聚的程度，这有助于开发更多的离子导电材料。关于离子单体的稳定性，当使用电解质时，消溶胀可以显著提高 CL 的附着力。

技术目标是开发具有低维膨胀的离子导电聚合物，以提高阳极性能和稳定性。离子单体材料膨胀是因为亲水域中的水的内部压力，该压力由聚合物的弹力平衡，而弹力由链缠结和内聚力等因素决定。因此，除了改变吸水量外，还可以增加聚合物的弹性模量以抵抗尺寸变化。已经使用了几种策略来增加离子导电膜的弹性模量。这些包括使用非离子增强和共价交联。Huang, Kohl 等人报道了图 3 中以 3wt% K2CO3 运行的电解器中阳极处的交联聚（脱甲醚）（图 3b），试图控制高 IEC 离子的吸水量。吸水量显著降低（交联度为 5 mol% 时降低 10 倍以上），离子电导率仅略有下降，从而显著改善了阳极稳定性。Kohl 及其同事还研究了环氧粘合剂，以提高氯化碳的机械稳定性，但他们指出，交联离子聚合物对催化剂的粘附性需要改善。通过增加 AEI 对环氧树脂的粘附性（用作中间粘合剂），可以提高 CL 的稳定性（图 3c）。

图 4. (a) 示意图说明了 CL 中离子分布的几种影响，例如 AEM 的可渗透离子传导网络、由于离子含量过高而导致的催化剂电隔离、足够的孔隙率以有效去除气体以及 CL 中的离子隔离不足（使用去离子水进料水时）。 (b) 说明联苯结构如何影响催化剂表面吸附强度。改编自参考文献。版权所有 2019 美国化学学会。键角最小化到气相，催化剂的吸附位点仅具有代表性。还显示了苯基氧化和中和的 QA 官能团。改编自参考文献。版权所有 2019 美国化学学会。

最初，研究了使用三胺交联剂，这种交联剂与环氧粘合剂的氧烷基团发生反应。相比之下，具有 -(CH2)2COOH 官能团的三元共聚物的稳定性得到了最大改善（​​图 3b），由于与环氧粘合剂的共价键具有更大的移动性，因此优于其他三元共聚物。研究了这种“自粘性”离聚物对阴极和阳极稳定性的影响，发现离聚物的可加工性尤为重要，其中铸造催化剂墨水后的胺化确保了离聚物的溶解性并改善了最终离聚物在 CL 中的分布。

为了在保持油墨可加工性的同时降低离聚物膨胀的影响，我们最近合成了一种苯基化苯并咪唑 AEI，如图 3b 所示，与交联类似物不同，它可溶于低沸点质子溶剂。与具有相似 IEC、具有较低维度膨胀的非官能化甲基化聚 (HMT-PMBI) 相比，在 DI 注水 AEM-WE 中观察到了更好的稳定性，从而表明聚合物主链的结构变化与 IEC 无关，会强烈影响水合和膨胀参数。在补充工作中，Öfer、Peach 等人通过在 220 °C 下进行热处理提高了含 (HMT-PMBI) AEI 的 CL 的粘附性。研究表明，当在电池两侧供应 0.1 M KOH 时，热处理可以显著增加 HMT-PMBI 的弹性模量并减少体积膨胀，从而提高电池的机械稳定性。

在这些研究中，在减轻电解过程中催化剂分层方面取得了重大进展。然而，评估离子聚合物附着力的定量方法需要催化剂附着力。在他们的工作中，Kohl 和同事通过使用胶带将 CL 从 PTL 上拉下来，检查了 CL 的异位附着力。标准化类似程序（可与原位氯离子稳定性进行比较）将有助于为评估离子聚合物附着力提供科学基础。CL 的其他方面也需要更充分地考虑，例如 CL 孔隙率对气泡逸出和催化剂利用率的影响，因为更高的局部电流密度会导致更高的局部气泡形成率。

离子传导离聚物。IEC、温度、吸水量和铸造工艺对各种 AEM 系统的离子电导率的影响已得到广泛研究和讨论。虽然本体膜中的离子电导率已得到充分了解，但分散在 CL 中的亚微米离聚物的电导率值通常不会发生变化，这可能会对电池电阻产生重大影响。Wang、Wang 和 Nagao 报告了第一项关于阴离子交换膜中 OH 电导率变化的研究，指出由于吸水量减少，与厚度 10 倍的薄膜相比，30 纳米厚的薄膜的 OH 电导率有所降低。这种总体趋势也适用于研究更广泛的全氟离聚物，其中吸水量和电导率主要取决于离聚物形态的变化，而离聚物形态本身又由离聚物-溶剂-基质相互作用决定。

离子电导率对电解器效率的重要性尤其取决于所使用的进料溶液。Liu 和 Weber 通过计算离子电导率通过离子聚合物的不同损失来计算电解器电流密度的变化。他们表明，当使用去离子水（仅用于阳极）时，电流密度下降一半，阳极离子电导率下降 90%，而当向阳极添加 1 M KOH 时，电流密度仅下降 19%。这一观察结果主要是由于在支持电解质存在下获得的电化学活性表面积 (ECSA) 增加了 5 倍。由于离子传导对离子聚合物的依赖性降低，使用支持电解质允许使用疏水组分（如聚四氟乙烯 (PTFE)）来增强 CL 的水管理和质量传输特性，而不会过度影响离子电导率。

为了提高离子电导率并更好地了解催化剂颗粒的电隔离，有必要了解 CL 中离子聚合物的分布。诸如微 X 射线 CT 之类的技术可以对 CL 的较大结构进行详细分析，但无法提供检查离子聚合物局部分布的分辨率。电子显微镜可用于此目的，主要显示电绝缘离子聚合物的暗区。Öfer 等人在离子粘合剂含量高（IrO2 >10 wt %）的 CL 中观察到明显的聚集体聚集。为了解析纳米级离子聚合物域，可以使用诸如低温 TEM 之类的技术，尽管这种规模的分析牺牲了对整个 CL 中离子聚合物分布的了解。

除了反应动力学被抑制之外，研究小组还观察到膜上苯基的氧化，这表明阳极处离聚物的氧化稳定性也令人担忧。等人研究了铸造在 Au/Ti 或 Pt/Ti 石英晶体上的三种商业聚苯醚 AEI（、和）的稳定性，并使用 XPS 研究了各离子单体在不同支持电解质中的降解。AEI 在 K2CO3/KHCO3 缓冲溶液（pH = 10）中降解，但在 1 M KOH（pH = 14）和 1 M 硼酸盐缓冲溶液（pH = 8）中降解较少。观察到了类似的趋势。这表明薄膜电导率的降低导致在给定的过电位下缺乏足够的 OH - 来进行 OER，从而加剧了苯基的氧化。在中，较高的碳酸离子电导率似乎可以减轻 KOH 和 K2CO3/KHCO3 缓冲液中离子稳定性的差异。

该小组还报告说，离子降解的程度取决于催化剂的电导率，在IRO2催化剂上观察到更重要的TP-85（）的电离氧化，而不是导电性较低的各种Ni/Co/fe氧化物，这表明降低了电导率降低了电导率的氧化能力，而不是纽约的氧化。 ER相互作用对于开发稳定的Di Water Aem-We具有重要意义。

正如该重点综述中所讨论的，并在表1中总结了AEMWE中离子单体的需求在很大程度上取决于所使用的饲料解决方案和阴极/阳极。

表1.离子单体在AEM-WES中的作用/角色的概述，包括不同操作模式，主要特征方法和未来研究需求的重要性水平（低，中，高，高，基本）。

但是，即使在具有支持的电解质的系统中，离子体与催化剂结合的能力需要更好地理解和改进，依靠离子体和催化剂颗粒之间的物理粘附，以及对催化剂的物理封装，以及对CLER的构成效果，以使这些效果与KOHL相关。在反应动力学上，离子形态也非常重要，尽管燃料电池电极的分布在很大程度上被探索了，迫切需要更好地了解AEI的形态和分布如何取决于化学结构，分子量，溶解和粒度在范围内的分布，尤其是电动机的变化。 ZER操作。了解离子系统对离子连通性和电导率的影响，尤其是在DI水的运输下，因此必须确保电极孔隙率不得损害型号，尤其是在镇定的IS上，因此必须确保IS的高度构成，因此了解离子连通性和电导率的影响同样重要。表征关键参数变化（例如离子电导率和ECSA）的原位方法。

由于电解剂耐用性是影响AEM-WE技术的资本支出和成本竞争力的关键因素，因此必须解决离子体的氧化稳定性，这已成为一个关键问题，必须强调苯基团的氧化，这是在使用阳极催化剂的表面活动中起作用的作用通常报告的苯基氧化策略包括非线性框架结构，以最大程度地减少苯基吸附的强度和无苯基的AEIS的发展，例如多烯烯类的未来离子体的发展也必须牢记绿色化学实践，并避免使用完美的溶液和毒性溶液。

在AEM-WE的范围内，有很大的研究和开发新型电离，但是在学术水平上改善了形态学和电化学特征，将支持这些效果。需要在短期内优先考虑，使用AEM提供稀释的KOH 可能会成为绿色氢生产的直接选择。

然而，离子单体的整合似乎对于AEM-WE与DI水作为原料以及稳定高表面-Area催化剂，因此对于长期发展低成本的绿色氢产生而言至关重要。

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