У 1966 годзе кампанія General Electric распрацавала водны электралітычны элемент на аснове канцэпцыі пратоннай праводнасці, выкарыстоўваючы палімерную мембрану ў якасці электраліта. Элементы PEM былі камерцыялізаваны General Electric у 1978 годзе. У цяперашні час кампанія вырабляе менш элементаў PEM, галоўным чынам з-за абмежаванай вытворчасці вадароду, кароткага тэрміну службы і высокіх інвестыцыйных выдаткаў. Элемент PEM мае біпалярную структуру, і электрычныя сувязі паміж элементамі ажыццяўляюцца праз біпалярныя пласціны, якія адыгрываюць важную ролю ў адводзе ўтвараемых газаў. Анод, катод і мембранная група ўтвараюць мембранна-электродны вузел (MEA). Электрод звычайна складаецца з каштоўных металаў, такіх як плаціна або ірыдый. На анодзе вада акісляецца з утварэннем кіслароду, электронаў і пратонаў. На катодзе кісларод, электроны і пратоны, якія ўтвараюцца анодам, цыркулююць праз мембрану да катода, дзе яны аднаўляюцца з утварэннем вадароду. Прынцып электралізера PEM паказаны на малюнку.
Электралітычныя ячэйкі PEM звычайна выкарыстоўваюцца для вытворчасці вадароду ў малых маштабах, з максімальнай вытворчасцю вадароду каля 30 Нм3/г і спажываннем энергіі 174 кВт. У параўнанні са шчолачнымі ячэйкамі, фактычная хуткасць вытворчасці вадароду ў ячэйках PEM практычна пакрывае ўвесь дыяпазон. Ячэйка PEM можа працаваць пры больш высокай шчыльнасці току, чым шчолачная ячэйка, нават да 1,6 А/см2, а электралітычная эфектыўнасць складае 48%-65%. Паколькі палімерная плёнка не ўстойлівая да высокіх тэмператур, тэмпература электралітычнай ячэйкі часта ніжэй за 80°C. Электралізер Hoeller распрацаваў аптымізаваную тэхналогію паверхні ячэйкі для малых электралізераў PEM. Ячэйкі могуць быць распрацаваны ў адпаведнасці з патрабаваннямі, зніжаючы колькасць каштоўных металаў і павялічваючы рабочы ціск. Асноўная перавага электралізера PEM заключаецца ў тым, што вытворчасць вадароду змяняецца амаль сінхронна з падаванай энергіяй, што падыходзіць для змены попыту на вадарод. Ячэйкі Hoeller рэагуюць на змены намінальнай нагрузкі ад 0 да 100% за лічаныя секунды. Запатэнтаваная тэхналогія Hoeller праходзіць праверку, і выпрабавальны цэнтр будзе пабудаваны да канца 2020 года.
Чысціня вадароду, які вырабляецца з дапамогай PEM-элементаў, можа дасягаць 99,99%, што вышэй, чым у шчолачных элементаў. Акрамя таго, надзвычай нізкая газапранікальнасць палімернай мембраны зніжае рызыку ўтварэння лёгкаўзгаральных сумесяў, што дазваляе электралізеру працаваць пры надзвычай нізкай шчыльнасці току. Праводнасць вады, якая падаецца ў электралізер, павінна быць меншай за 1 См/см. Паколькі транспарт пратонаў праз палімерную мембрану хутка рэагуе на ваганні магутнасці, PEM-элементы могуць працаваць у розных рэжымах электразабеспячэння. Нягледзячы на тое, што PEM-элементы ўжо камерцыялізаваны, яны маюць некаторыя недахопы, у асноўным высокія інвестыцыйныя выдаткі і высокі кошт як мембраны, так і электродаў на аснове каштоўных металаў. Акрамя таго, тэрмін службы PEM-элементаў карацейшы, чым у шчолачных элементаў. У будучыні неабходна значна палепшыць здольнасць PEM-элементаў выпрацоўваць вадарод.
Час публікацыі: 02 лютага 2023 г.