През 1966 г. General Electric Company разработва водна електролитна клетка, базирана на концепцията за протонна проводимост, използвайки полимерна мембрана като електролит. PEM клетките са комерсиализирани от General Electric през 1978 г. В момента компанията произвежда по-малко PEM клетки, главно поради ограниченото производство на водород, краткия живот и високите инвестиционни разходи. PEM клетката има биполярна структура и електрическите връзки между клетките се осъществяват чрез биполярни пластини, които играят важна роля в отвеждането на генерираните газове. Анодът, катодът и мембранната група образуват мембранно-електродния възел (MEA). Електродът обикновено е съставен от благородни метали като платина или иридий. На анода водата се окислява, за да произведе кислород, електрони и протони. На катода кислородът, електроните и протоните, произведени от анода, циркулират през мембраната към катода, където се редуцират, за да произведат водороден газ. Принципът на PEM електролизера е показан на фигурата.
PEM електролитните клетки обикновено се използват за производство на водород в малък мащаб, с максимално производство на водород от около 30 Nm3/h и консумация на енергия от 174 kW. В сравнение с алкалните клетки, действителната скорост на производство на водород на PEM клетките покрива почти целия граничен диапазон. PEM клетката може да работи при по-висока плътност на тока от алкалните клетки, дори до 1.6A/cm2, а електролитната ефективност е 48%-65%. Тъй като полимерният филм не е устойчив на висока температура, температурата на електролитната клетка често е под 80°C. Hoeller electrolyzer е разработил оптимизирана технология за повърхността на клетките за малки PEM електролизатори. Клетките могат да бъдат проектирани според изискванията, като се намалява количеството благородни метали и се увеличава работното налягане. Основното предимство на PEM електролизатора е, че производството на водород се променя почти синхронно с доставяната енергия, което е подходящо за промяната в търсенето на водород. Hoeller клетките реагират на промени в товара от 0 до 100% за секунди. Патентованата технология на Hoeller преминава през валидационни тестове, а тестовото съоръжение ще бъде построено до края на 2020 г.
Чистотата на водорода, произведен от PEM клетки, може да достигне 99,99%, което е по-високо от това на алкалните клетки. Освен това, изключително ниската газопропускливост на полимерната мембрана намалява риска от образуване на запалими смеси, което позволява на електролизера да работи при изключително ниски плътности на тока. Проводимостта на водата, подавана към електролизера, трябва да бъде по-малка от 1S/cm. Тъй като транспортът на протони през полимерната мембрана реагира бързо на колебанията в мощността, PEM клетките могат да работят в различни режими на захранване. Въпреки че PEM клетката е комерсиализирана, тя има някои недостатъци, главно високата инвестиционна цена и високия разход както на мембраната, така и на електродите на базата на благородни метали. Освен това, експлоатационният живот на PEM клетките е по-кратък от този на алкалните клетки. В бъдеще капацитетът на PEM клетката за производство на водород трябва да бъде значително подобрен.
Време на публикуване: 02 февруари 2023 г.