Мембранный электролиз воды с протонообменной мембраной для производства водорода: основы, достижения и перспективы

Водород как энергоноситель с низким уровнем выбросов обладает значительным потенциалом в качестве альтернативного топлива в будущем. Мембранный электролиз воды с протонообменной мембраной (PEM) считается весьма перспективной технологией получения водорода высокой чистоты и хорошо согласуется с непостоянством возобновляемых источников энергии. В последние десятилетия эта технология привлекла значительное внимание благодаря высокой плотности тока, высокой энергетической эффективности, компактности и малой массе оборудования, а также простоте эксплуатации и технического обслуживания. К настоящему времени значительные усилия направлены на разработку современных электрокатализаторов для повышения эффективности электролиза и снижения стоимости электролизёров с протонообменной мембраной. В настоящем обзоре сначала проводится сравнение щелочного электролиза воды (AWE), твердооксидного электролиза (SOE) и электролиза воды с протонообменной мембраной с акцентом на преимущества последнего. Далее обобщаются последние достижения в области электролиза воды с протонообменной мембраной, включая электрокатализаторы реакций выделения водорода (HER) и выделения кислорода (OER) в кислых электролитах. Также рассматриваются другие компоненты PEM-ячейки, включая мембранно-электродный блок, токосъёмник и биполярную пластину. Наконец, обсуждаются актуальные проблемы и приводится прогноз дальнейшего развития технологии электролиза воды с протонообменной мембраной для применения в производстве водорода.