干阴极AEM电解水技术的发展展望
采用干阴极配置的阴离子交换膜电解水技术（AEMWE）在多个维度展现出应用优势：其简化的水管理系统可降低操作复杂度，适配非腐蚀性工作环境的特性不仅减少设备腐蚀风险，更能显著降低资本投入与运行成本，提升技术经济性。电解池性能的核心影响因素涵盖材料体系（离聚物及阴离子交换膜）、操作条件（温度、流速、电解质进料方式）与电解池结构（流场分布模式），这些参数的耦合作用直接决定了系统的能量转换效率与长期稳定性。尽管该技术已展现出替代传统电解水配置的巨大潜力，但目前针对干阴极AEMWE的系统性数据仍较为匮乏，结合现有研究成果，可从以下几方面开展针对性研究以填补空白。
一、关键参数的优化方向
在干阴极体系中，阴极侧的电解质与反应所需水分完全依赖阴离子交换膜（AEM）的扩散供给，因此膜材料的离子交换容量（IEC）与吸水率（WU）的协同调控至关重要。二者存在明确的关联机制：IEC过低会导致WU不足，引发阴极区域”干涸”现象，抑制氧还原反应进行；而IEC过高则会使膜材料过度溶胀，破坏膜结构完整性与离子传输通道稳定性，同样影响电解性能。
基于上述特性，采用阴阳极离聚物差异化配置策略可实现性能优化：阳极侧因持续有液体进料供给，选用疏水性更强的离聚物可减少液膜阻抗，提升析氧反应动力学；阴极侧则需优先保障水合环境，尤其在高电流密度工况下，亲水型离聚物能通过强吸水特性维持反应区域湿润状态，为OH⁻离子传输提供保障。
进料体系与流速参数的优化同样亟待突破。当前干阴极电解池的活化流程缺乏标准化方案，而初始进料方式直接影响膜电极组件（MEA）的活化程度，进而决定电解池的长期耐久性与性能上限。现有流速相关研究多聚焦于双侧进料的传统体系，针对干阴极单侧进料场景的系统性数据尤为匮乏——尽管部分研究提及不同电解质流速的影响，但未结合干阴极结构特性开展深入分析。
建议在10-50 mL·min⁻¹的宽流速范围内开展筛选实验，该区间覆盖了实验室研究与中试应用的典型操作条件。流速优化的核心目标在于：一方面确保足量OH⁻通过AEM传输至阴极参与反应，另一方面维持膜内水合平衡以避免脱水失效。实际操作中可采用两种辅助策略：一是提高阳极液电解质浓度，通过浓度梯度强化水分向阴极侧的渗透；二是在电流密度超过0.6 A·cm⁻²时，向阴极侧补充汽化态电解质，缓解高负荷下的脱水风险。需注意的是，高浓度KOH虽能提升水合效果，但会加速电极基体与膜材料的化学降解，因此需在水合保障与材料耐久性之间建立平衡。
二、诊断技术与催化剂的应用策略
温度参数呈现双重影响特性：升高温度可降低反应活化能，提升离子迁移速率，从而改善电解性能；但同时也会加速膜材料老化、催化剂活性组分流失及密封件降解等问题，损害系统稳定性。解决这一矛盾的关键在于明确温度诱导的降解机制，需结合原位与非原位诊断技术开展研究。温度变化会通过改变系统露点，间接调控AEM两侧的相对湿度分布，因此有必要建立湿度与膜性能的量化关系——利用原位电化学阻抗谱（EIS）可实时解析湿度变化对离子传输阻力的动态影响，为湿度调控提供数据支撑。
多种表征技术的联用可实现降解机制的全面解析：中子成像技术（原位与非原位结合）能直观呈现AEM/MEA内部的水合梯度分布，明确脱水失效的起始位置与扩散路径；小角X射线散射（SAXS）可揭示膜材料微观结构演变规律，阐明亲水/疏水域分布与离子传输效率的关联；傅里叶变换红外光谱（FTIR）与核磁共振（NMR）则可精准识别化学降解产物，追溯膜材料官能团的破坏路径。此外，气体渗透监测需集成专用传感器，配合气相色谱（GC）分析阳极室气体组分，为系统安全性与反应选择性评估提供依据。
催化剂体系的分类基准测试同样不可或缺。当前AEMWE研究中主要采用贵金属（PGM）基与非贵金属（非PGM）基两类催化剂，二者在催化活性、稳定性与成本方面差异显著。考虑到干阴极体系的反应环境特殊性（如局部水含量、OH⁻浓度梯度），需分别建立两类催化剂的性能评价体系，明确其在干阴极工况下的活性阈值、稳定性衰减规律及成本效益比，为实际应用选型提供依据。
三、总结与未来方向
干阴极AEM电解水技术凭借其简化水管理、降低设备成本的核心优势，在绿氢制备领域展现出广阔应用前景，但目前仍面临材料匹配性不足、操作参数不明确、诊断方法不完善等多重挑战。未来研究需以”性能-稳定性-成本”三角平衡为目标，重点突破三方面内容：一是建立干阴极专用材料体系的评价标准，优化IEC与WU的匹配关系；二是制定标准化的活化与操作流程，明确关键参数的调控范围；三是构建多技术联用的诊断平台，实现降解机制的精准解析。通过系统性研究解决上述问题，将推动干阴极AEMWE技术从实验室研究迈向工业化应用。
四、超声波喷涂技术的应用价值
超声波喷涂在干阴极AEMWE膜电极制备中极具潜力，其通过高频振动将浆料雾化成微米级均匀液滴，可精准调控催化层厚度与组分分布。相较于传统喷涂，该技术能减少催化剂团聚，提升活性位点暴露率，同时降低膜电极电阻。针对干阴极亲水/疏水离聚物差异化配置需求，超声波喷涂可实现阴阳极涂层的精准分区制备，阴极侧保障亲水离聚物均匀覆盖，阳极侧优化疏水涂层致密性。此外，其温和的喷涂压力能避免膜材料损伤，适配AEM的溶胀特性，助力提升膜电极的一致性与长期稳定性，为干阴极技术规模化应用提供工艺支撑。
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