水电解槽可以利用电能将水分解为氢气和氧气。目前，低温水电解可以有效地将可再生能源转化为高纯氢气。碱性电解槽具有可以使用非铂族金属催化剂的优势，但也存在氢生产速率低和稳定性差等缺点。而且，KOH电解质对空气中的CO₂高度敏感，易形成K₂CO₃，降低阳极反应和离子电导率。因此，提高碱性电解槽的整体性能是一个较大的挑战。离子交换膜基电解槽可以用聚合物电解质代替液体电解质，不需要液体电解质的循环，但质子交换膜（PEM）电解水的成本过高。研究人员已经开发出聚合物阴离子交换膜（AEM），兼具PEM和液体电解质的优势。然而，碱性阴离子交换膜（AEM）电解槽的性能仍远低于质子交换膜（PEM）电解槽。

有鉴于此，华盛顿州立大学的林跃河教授和洛斯阿拉莫斯国家实验室的Yu Seung Kim等人合作，设计制备了一种阴离子交换离子键聚合物，可显著提高AEM电解槽的性能。

本文要点

1）他们基于季铵化的聚苯乙烯（TMA-x）制备了一系列模型离聚物。与常规离聚物粘合剂相比，该模型离聚物中的脂族聚合物主链不包含苯基和长烷基链，侧链中的苯基具有取代的胺基。

2）组装了一种高性能的纯水馈电碱性AEM水电解槽。研究发现，局部pH浓度对氢气和氧气逸出十分重要。使用Ni-Fe析氧催化剂在1.8 V的去离子水AEM电解槽中可以达到2.7 A cm^-2的电解性能。

3）通过对离子含量进行优化，提高了电极中氢氧化铵的浓度。即使不循环任何碱性溶液，采用季铵化聚苯乙烯离聚物的AEM电解槽仍具有出色的性能。

总之，该工作为设计开发高性能低成本的AEM电解系统提供了一种新的思路。

参考文献：

Li, D., Park, E.J., Zhu, W. et al. Highly quaternized polystyrene ionomers for high performance anion exchange membrane water electrolysers. Nat Energy (2020).

DOI： 10.1038/s41560-020-0577-x

https://doi.org/10.1038/s41560-020-0577-x