In 1966 het General Electric Company 'n waterelektrolitiese sel ontwikkel gebaseer op die protongeleidingskonsep, met behulp van 'n polimeermembraan as elektroliet. PEM-selle is in 1978 deur General Electric gekommersialiseer. Tans produseer die maatskappy minder PEM-selle, hoofsaaklik as gevolg van die beperkte waterstofproduksie, kort lewensduur en hoë beleggingskoste. 'n PEM-sel het 'n bipolêre struktuur, en elektriese verbindings tussen selle word gemaak deur bipolêre plate, wat 'n belangrike rol speel in die ontlading van die gegenereerde gasse. Die anode, katode en membraangroep vorm die membraanelektrode-samestelling (MEA). Die elektrode bestaan gewoonlik uit edelmetale soos platinum of iridium. By die anode word water geoksideer om suurstof, elektrone en protone te produseer. By die katode sirkuleer die suurstof, elektrone en protone wat deur die anode geproduseer word, deur die membraan na die katode, waar hulle gereduseer word om waterstofgas te produseer. Die beginsel van die PEM-elektroliseerder word in die figuur getoon.
PEM-elektrolitiese selle word gewoonlik gebruik vir kleinskaalse waterstofproduksie, met 'n maksimum waterstofproduksie van ongeveer 30 Nm3/h en 'n kragverbruik van 174 kW. In vergelyking met alkaliese selle, dek die werklike waterstofproduksietempo van PEM-selle amper die hele limietbereik. Die PEM-sel kan teen 'n hoër stroomdigtheid as die alkaliese sel werk, selfs tot 1.6 A/cm2, en die elektrolitiese doeltreffendheid is 48%-65%. Omdat die polimeerfilm nie bestand is teen hoë temperature nie, is die temperatuur van die elektrolitiese sel dikwels onder 80°C. Hoeller-elektroliseerder het 'n geoptimaliseerde seloppervlaktegnologie vir klein PEM-elektroliseerders ontwikkel. Die selle kan volgens die vereistes ontwerp word, wat die hoeveelheid edelmetale verminder en die bedryfsdruk verhoog. Die hoofvoordeel van PEM-elektroliseerders is dat die waterstofproduksie amper sinchroon verander met die energie wat verskaf word, wat geskik is vir die verandering van waterstofvraag. Hoeller-selle reageer binne sekondes op 0-100% lasgraderingsveranderinge. Hoeller se gepatenteerde tegnologie ondergaan tans valideringstoetse, en die toetsfasiliteit sal teen die einde van 2020 gebou wees.
Die suiwerheid van waterstof wat deur PEM-selle geproduseer word, kan so hoog as 99.99% wees, wat hoër is as dié van alkaliese selle. Boonop verminder die uiters lae gasdeurlaatbaarheid van die polimeermembraan die risiko van die vorming van vlambare mengsels, wat die elektroliseerder toelaat om teen uiters lae stroomdigthede te werk. Die geleidingsvermoë van die water wat aan die elektroliseerder voorsien word, moet minder as 1S/cm wees. Omdat protonvervoer oor die polimeermembraan vinnig reageer op kragfluktuasies, kan PEM-selle in verskillende kragtoevoermodusse werk. Alhoewel die PEM-sel gekommersialiseer is, het dit 'n paar nadele, hoofsaaklik die hoë beleggingskoste en die hoë koste van beide membraan- en edelmetaalgebaseerde elektrodes. Boonop is die lewensduur van PEM-selle korter as dié van alkaliese selle. In die toekoms moet die kapasiteit van PEM-selle om waterstof te produseer aansienlik verbeter word.
Plasingstyd: 2 Februarie 2023