Electrolyse à membrane échangeuse d’anion (AEM, Anion Exchange Membrane)

L’électrolyse à membrane échangeuse d’anion est une technologie d’électrolyse qui permettrait de combiner le design compact de l’électrolyse PEM avec le faible coût de l’électrolyse alcaline. Très récente, elle est toujours à un stade expérimental, mais mobilise déjà plusieurs projets, comme Enapter et Gen-Hy.


Qu’est-ce que l’électrolyse à membrane échangeuse d’anion ?

Comme pour les autres procédés d’électrolyse de l’eau, il s’agit ici de produire de l’hydrogène à partir d’eau. Le procédé est toutefois un peu particulier.

Le coeur de l’électrolyseur à membrane échangeuse d’anion est composé de deux électrodes entre lesquels se situe une membrane. De partie du côté de l’anode (là où vient l’eau) vient une solution à 1% de potasse (KOH, hydroxyde de potassium), qui va imbiber la membrane. Au contact de la cathode, l’eau de la solution va réagir avec l’électricité et libérer du dihydrogène et des ions OH-.

  • Hydrogen Evolution Reaction (HER) : 4H2O + 4e → 4OH– + 2H2.

Le gaz produit contient 99.9% de dihydrogène.

Retraversant la membrane, les ions produits vont réagir avec l’anode et produire de l’eau, du dioxygène et des électrons.

  • Oxygen evolution reaction (OER): 4OH– → 2H2O + O+ 4e

Une performance de 74% a pu être enregistrée en laboratoire, à 1000 mA cm -2 , 1,9 V et 60 °C. (1)

Les avantages de l’électrolyse à membrane échangeuse d’anion

La membrane échangeuse de proton est supposée avoir les bénéfices des deux principales technologies actuelles: l’électrolyse alcaline et l’électrolyse à membrane échangeuse de protons:

  • Un environnement non-acide, ce qui permet l’utilisation de métaux communs pour les électrodes
  • Une conception très compacte

La membrane elle-même, un polymère avec des sels d’alluminium quaternaires, ne serait pas très chère et réagirait peu avec le CO2. Ainsi, on espère qu’elle fonctionne aussi bien à moindre coût.

Selon un article publié par la revue Scientific Reports, cette technologie est actuellement moins efficace que les technologies conventionnelles.

Enapter prétend pouvoir produire 1Nm3 d’hydrogène pur à 99.9% à 35bars à partir de 4.8kWh.

Les entreprises développant l’électrolyse à MEA

Electrolyse à membrane échangeuse d’anions
Electrolyse à membrane échangeuse d’anion

Pour aller plus loin:

  1. Vincent, I., Lee, EC. & Kim, HM. Étude complète de l’impédance de l’électrolyse à membrane échangeuse d’anions à faible coût pour la production d’hydrogène à grande échelle. Sci Rep 11 , 293 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-020-80683-6
  2. Leng, Y. et al. Solid-state water electrolysis with an alkaline membrane. J. Am. Chem. Soc. 134, 9054–9057 (2012).
  3. Parrondo, J. et al. Degradation of anion exchange membranes used for hydrogen production by ultrapure water electrolysis. RSC Adv. 4, 9875 (2014).
  4. Vincent, I., Kruger, A. & Bessarabov, D. Development of efficient membrane electrode assembly for low cost hydrogen production by anion exchange membrane electrolysis. Int. J. Hydrogen Energy 42, 10752–10761 (2017).
  5. Miller, H. A. et al. Green hydrogen from anion exchange membrane water electrolysis: A review of recent developments in critical materials and operating conditions. Sustain. Energy Fuels 4, 2114–2133 (2020).
  6. Vincent, I. & Bessarabov, D. Low cost hydrogen production by anion exchange membrane electrolysis: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 81, 1690–1704 (2018).