أحدث التطورات في تكنولوجيا المحللات الكهربائية ذات غشاء التبادل الأنيوني في عام 2026

في يوليو 2026، افتتحت شركة إيفونيك رسميًا مصنعها التجريبي لإنتاج أغشية التبادل الأيوني السالب (AEM) في مارل، ألمانيا، وبدأت إنتاج أغشية DURAION® عالية الأداء. وبقدرة إنتاجية سنوية قادرة على دعم ما يصل إلى 2.5 جيجاواط من محطات التحليل الكهربائي، أي ما يعادل ربع إجمالي قدرة التحليل الكهربائي المخطط لها في ألمانيا لعام 2030، صُمم هذا الغشاء خصيصًا للعمل في ظروف كثافة التيار العالية والضغط العالي، ويُصنع بدون استخدام مركبات PFAS. كما أنشأت إيفونيك مركزًا لأغشية التبادل الأيوني السالب في شنغهاي لاختبار حلول تكامل الأغشية مع العملاء في ظروف التشغيل الفعلية. وقد اختار المنتدى الاقتصادي العالمي شركة Power to Hydrogen (P2H2)، وهي شركة أمريكية متخصصة في تصنيع أجهزة التحليل الكهربائي بتقنية أغشية التبادل الأيوني السالب، كشركة رائدة في مجال التكنولوجيا لعام 2026. ويهدف تصميمها لأجهزة التحليل الكهربائي بتقنية أغشية التبادل الأيوني السالب إلى خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر بنسبة تصل إلى 65%. تقوم شركة P2H2 بنشر نظام تجاري واسع النطاق في ميناء أنتويرب-بروج في بلجيكا، بالتزامن مع إنشاء محلل كهربائي بتقنية الأغشية التبادلية الأنيونية (AEM) بقدرة 0.5 ميغاواط لمشروع PYROCO2 التابع للاتحاد الأوروبي. في مايو 2026، أطلقت شركة Enapter جهازها الجديد Stack 250، الذي ينتج حوالي 100 كيلوغرام من الهيدروجين عالي النقاء يوميًا لكل وحدة. يتيح التصميم المعياري إمكانية توسيع أنظمة المحللات الكهربائية بتقنية AEM لتصل إلى 100 ميغاواط أو حتى مستوى الجيجاواط، كما أن الوحدة متوافقة تمامًا مع أنظمة التحليل الكهربائي القلوي. ووفقًا لوكالة الطاقة الدولية، بلغ متوسط سعر السوق العالمي للمحللات الكهربائية بتقنية AEM في عام 2025 حوالي 2864 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط. ومع الإنتاج الضخم لغشاء شركة Evonik، من المتوقع أن ينخفض هذا السعر إلى أقل من 2200 دولار أمريكي/كيلوواط بحلول نهاية عام 2026، نتيجة مباشرة لقدرة المحللات الكهربائية بتقنية AEM على استخدام محفزات من معادن غير ثمينة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الاستثمار الإجمالية للنظام.

نبذة مختصرة عن خمس من أحدث الأبحاث في مجال التكنولوجيا المتقدمة

في عام 2026، ظهرت مجموعة كبيرة من الأبحاث الأكاديمية عالية الجودة في مجال المحللات الكهربائية ذات الأغشية التبادلية الأنيونية (AEM)، والتي تغطي مواد الأغشية والمحفزات وهندسة الأجهزة. وتُسهم الأوراق البحثية الخمس التالية، المنشورة في مجلات Advanced Materials وJournal of Materials Chemistry A وEnergy & Environmental Science، بالإضافة إلى مراجعة للمواد ومراجعة أخرى على منصة ScienceDirect، في توسيع آفاق أداء واستقرار هذه المحللات من زوايا نظر مختلفة.

يركز قسم المواد المتقدمة على التشغيل المستقر طويل الأمد لمحللات AEM الكهربائية عند كثافات تيار تصل إلى مستوى الأمبير. ومن خلال التنظيم على المستوى الذري، يتغلب هذا القسم على المعوقات الأساسية المتمثلة في انفصال طبقة المحفز والتدهور السريع في الأداء تحت تيار عالٍ، مما يعالج بشكل مباشر القضية الحاسمة المتمثلة في نقل محللات AEM الكهربائية من المختبر إلى التطبيق الصناعي.

نشرت مجلة كيمياء المواد A تقريرًا عن غشاء تبادل أيوني مدعم ببوليمر حلقي أوليفيني (COC). وقد حقق هذا الغشاء كثافة تيار تبلغ 2.24 أمبير/سم² عند جهد 1.8 فولت، وموصلية هيدروكسيد تبلغ 127 ملي سيمنز/سم عند درجة حرارة 80 درجة مئوية. ويُقيّم هذا الغشاء المركب كمادة جديدة لأغشية التبادل الأيوني، تجمع بين الموصلية العالية والاستقرار الكيميائي وإمكانية التوسع في الإنتاج بتكلفة منخفضة.

يكشف علم الطاقة والبيئة عن مسار جديد يتجاوز تفاعل توليد الأكسجين التقليدي، وهو اقتران جذور الأكسجين المباشر، مما يُمكّن من التشغيل المستقر لمحللات AEM الكهربائية عند كثافات تيار بمستوى الأمبير. يوفر هذا إطارًا نظريًا جديدًا تمامًا لتصميم محفزات OER غير المصنوعة من المعادن النفيسة، مما يساعد على تقليل الاعتماد على معادن مجموعة البلاتين، وبالتالي تخفيف الضغط على إعادة تدوير المعادن النفيسة .

تستعرض المراجعة المنشورة في مجلة Materials بشكل منهجي تطورات مواد الأقطاب الكهربائية في تقنيات التحليل الكهربائي ALK وPEM وSOEC وAEM من عام 2021 إلى عام 2025. وتركز على الوضع الحالي لتطبيق المحفزات غير الثمينة في كل من المصعد والمهبط لأجهزة التحليل الكهربائي AEM، وعلى كيفية تحسين بنية القطب الكهربائي لتعزيز كفاءة النظام.

يقدم استعراض ScienceDirect ملخصًا شاملاً لأحدث التقنيات في مجال خلايا التحليل الكهربائي للماء باستخدام أغشية التبادل الأنيوني (AEM)، ويغطي خلايا تتراوح قدرتها من 0.1 إلى 2.5 كيلوواط في البحوث الأكاديمية، وصولًا إلى ما يقارب 2.5 كيلوواط إلى 5 ميغاواط في التطبيقات الصناعية. كما يقدم مقارنة تفصيلية لتأثيرات عوامل مثل المحفزات الكهربائية، وطبقات النقل المسامية، ودرجة الحرارة، وتركيب الإلكتروليت على أداء الخلية واستقرارها.

ست دراسات مهمة في مجال المحللات الكهربائية ذات الأغشية التبادلية القلوية في عام 2026

بوليمر رابط غير أيوني: طورت شركة سيمنز للطاقة أقطابًا كهربائية لمحللات AEM باستخدام رابط غير أيوني وخالٍ من الفلور. يعمل القطب الكاره للماء على طرد الإلكتروليت السائل من قنوات النقل، مما يقلل من ضغط التشبع الفائق للهيدروجين. عند كثافة تيار 2 أمبير/سم²، ينخفض تسرب الهيدروجين إلى 0.8%، ويكون الجهد الزائد أقل بمقدار 40 ملي فولت من جهد الأيونومرات الأنيونية التقليدية. يبقى المهبط غير الأيوني مستقرًا لأكثر من 1000 ساعة من التشغيل، مما يبشر بجيل جديد من أقطاب محللات AEM المتينة.

غشاء بولي (ثلاثي فينيل ألكيل) المتشابك: حقق غشاء تبادل الأنيونات غير الأيوني المتشابك ذو السلاسل الجانبية ثنائية الشحنة الموجبة موصلية قدرها 141.9 ملي سيمنز/سم عند 80 درجة مئوية، واحتفظ بنسبة 90.9% من موصليته الأولية بعد 1600 ساعة من الغمر في محلول قلوي قوي عند 60 درجة مئوية. من خلال التصميم التآزري للتشابك غير الأيوني والسلاسل الجانبية ثنائية الشحنة الموجبة، تعزز هذه الدراسة بشكل كبير الاستقرار الكيميائي لغشاء تبادل الأنيونات في البيئات القلوية.

متانة أغشية التبادل الأنيوني وتدهورها: تُحلل هذه المراجعة بشكل منهجي آليات تدهور الأغشية في أجهزة التحليل الكهربائي ذات أغشية التبادل الأنيوني، بما في ذلك التدهور الكيميائي الميكانيكي للهيكل البوليمري، وتدهور مجموعات الأمونيوم الرباعية الرأسية الناتج عن هجوم جذور الهيدروكسيل، وانتفاخ الغشاء. تُلوث نواتج التدهور الكيميائي طبقة المحفز وتؤدي إلى انخفاض الأداء. تُقدم الدراسة خريطة واضحة لآلية الفشل بهدف إطالة عمر أجهزة التحليل الكهربائي ذات أغشية التبادل الأنيوني.

تصميم وتقييم خلية التحليل الكهربائي ذات غشاء التبادل الأنيوني: طوّر هذا البحث خلية تحليل كهربائي جديدة ذات غشاء تبادل أنيوني مسامي مزدوج الطبقات، باستخدام طبقتين متراصتين من شبكة النيكل بمسامية مختلفة كقطب موجب ، تم تحسينها باستخدام طريقة تاغوشي. يُحسّن هذا التصميم، الذي يختلف عن التصاميم التقليدية، كفاءة نقل الكتلة، ويوفر أساسًا كميًا لتصميم خلايا التحليل الكهربائي ذات غشاء التبادل الأنيوني على نطاق هندسي واسع.

تم الإبلاغ عن محفز ثنائي الوظيفة: صفائح نانوية ذات بنية غير متجانسة من Fe3O4/Co3S4 مطعمة بالنيكل والمنغنيز، تتميز بنشاط تحفيزي في كل من إنتاج الأكسجين والهيدروجين. عند كثافات التيار المستخدمة في الصناعة، يقلل تصميم المحفزات ثنائية الوظيفة غير النفيسة بشكل جذري من استهلاك معادن مجموعة البلاتين، مما يخفف بشكل كبير من عبء إعادة تدوير المعادن النفيسة. كما يقلل من تعقيد استعادة التيتانيوم والنيكل ، حيث يمكن إعادة تدوير المحفزات القائمة على النيكل وأقطاب شبكة النيكل مباشرة بعد إيقاف تشغيلها، في حين تتمتع ألواح التيتانيوم ثنائية القطب أيضًا بقابلية جيدة لإعادة التدوير.

تصميم طبقة الكاثود: من خلال التحليل الحركي، تُرسّخ هذه الدراسة مبادئ تصميم عامة لمحفزات الكاثود وطبقات المحفزات في خلايا التحليل الكهربائي ذات غشاء التبادل الأنيوني، مع تحليل منهجي للعلاقات بين البنية والأداء. وتسد هذه الدراسة الفجوة المنهجية بين تطوير مواد المحفزات وتصميم هندسة الأقطاب الكهربائية، موفرةً أهدافًا واضحة للتصميم الكمي لكاثودات غشاء التبادل الأنيوني.

أحدث مشروع تجريبي واسع النطاق لمحلل كهربائي بتقنية الأغشية التبادلية القلوية: ميناء روتردام، هولندا

اختار مشروع مركز الهيدروجين الذكي في ميناء روتردام تقنية التحليل الكهربائي AEM Nexus 2500 من شركة Enapter لتكون التقنية الأساسية فيه. هذا النظام عبارة عن محلل كهربائي متعدد النوى بتقنية AEM بقدرة 2.5 ميغاواط، مصمم للتطبيقات الصناعية. يدعم تصميمه المعياري التوسع التدريجي في السعة والتشغيل المرن في ظل ظروف الطاقة المتجددة المتقلبة. يقع المشروع في منطقة M4H (ميرفي-فيرهافنز)، وهي منطقة يجري تطويرها لتصبح مركزًا للابتكار، ويتم تطويره بشكل مشترك من قبل Platform Zero وAdsensys وميناء روتردام وInnovationQuarter وشركاء آخرين من القطاعين العام والخاص. سيُظهر المشروع تكامل توليد الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة وإنتاج الهيدروجين واعتماده واستخدامه المحلي في نظام طاقة واحد مرن للتطبيقات الصناعية والنقل والبحرية. ووفقًا لمصادر المشروع، يُنتج نظام التحليل الكهربائي بتقنية AEM هيدروجينًا عالي النقاء مباشرةً عند ضغط 35 بار، مما يُلغي استهلاك الطاقة اللازم للضغط الإضافي. يبلغ استهلاك النظام الإجمالي للكهرباء حوالي 4.2 كيلوواط ساعة/متر مكعب، ويعمل بثبات ضمن نطاق حمل يتراوح بين 20% و125%. تُظهر تجربة هذا المشروع التجريبي أن سرعة استجابة محللات AEM الكهربائية تحت تأثير تقلبات مدخلات الطاقة تُضاهي سرعة استجابة محللات PEM ، وبفضل استخدام أقطاب كهربائية مصنوعة من النيكل، فإن تكاليف التشغيل والصيانة أقل بكثير من تلك الخاصة بالأنظمة التي تحتوي على معادن مجموعة البلاتين. توفر هذه البيانات التشغيلية الواقعية أساسًا موثوقًا لنشر محللات AEM الكهربائية على نطاق واسع في الموانئ والمناطق الصناعية