Godine 1966., kompanija General Electric razvila je elektrolitičku ćeliju za vodu zasnovanu na konceptu protonske provodljivosti, koristeći polimernu membranu kao elektrolit. PEM ćelije je komercijalizirao General Electric 1978. godine. Trenutno, kompanija proizvodi manje PEM ćelija, uglavnom zbog ograničene proizvodnje vodika, kratkog vijeka trajanja i visokih investicijskih troškova. PEM ćelija ima bipolarnu strukturu, a električne veze između ćelija se ostvaruju putem bipolarnih ploča, koje igraju važnu ulogu u pražnjenju generiranih plinova. Anoda, katoda i membranska grupa formiraju sklop membranske elektrode (MEA). Elektroda je obično sastavljena od plemenitih metala poput platine ili iridija. Na anodi se voda oksidira da bi se proizveo kisik, elektroni i protoni. Na katodi, kisik, elektroni i protoni koje proizvodi anoda cirkuliraju kroz membranu do katode, gdje se redukuju da bi se proizveo vodikov plin. Princip PEM elektrolizera prikazan je na slici.
PEM elektrolitičke ćelije se obično koriste za proizvodnju vodika u malom obimu, s maksimalnom proizvodnjom vodika od oko 30 Nm3/h i potrošnjom energije od 174 kW. U poređenju s alkalnom ćelijom, stvarna brzina proizvodnje vodika u PEM ćeliji pokriva gotovo cijeli granični raspon. PEM ćelija može raditi na većoj gustoći struje od alkalne ćelije, čak do 1,6 A/cm2, a elektrolitička efikasnost je 48%-65%. Budući da polimerni film nije otporan na visoke temperature, temperatura elektrolitičke ćelije je često ispod 80°C. Hoeller elektrolizator je razvio optimiziranu tehnologiju površine ćelije za male PEM elektrolizatore. Ćelije se mogu dizajnirati prema zahtjevima, smanjujući količinu plemenitih metala i povećavajući radni pritisak. Glavna prednost PEM elektrolizatora je što se proizvodnja vodika mijenja gotovo sinhrono s isporučenom energijom, što je pogodno za promjenu potražnje za vodikom. Hoeller ćelije reagiraju na promjene opterećenja od 0-100% u sekundama. Hoellerova patentirana tehnologija prolazi kroz validacijske testove, a testni objekt će biti izgrađen do kraja 2020. godine.
Čistoća vodika proizvedenog PEM ćelijama može doseći i do 99,99%, što je više nego kod alkalnih ćelija. Osim toga, izuzetno niska propusnost plina polimerne membrane smanjuje rizik od stvaranja zapaljivih smjesa, omogućavajući elektrolizeru da radi pri izuzetno niskim gustoćama struje. Provodljivost vode koja se dovodi u elektrolizer mora biti manja od 1S/cm. Budući da transport protona kroz polimernu membranu brzo reaguje na fluktuacije snage, PEM ćelije mogu raditi u različitim režimima napajanja. Iako je PEM ćelija komercijalizirana, ima neke nedostatke, uglavnom visoke investicijske troškove i visoku cijenu i membrane i elektroda na bazi plemenitih metala. Osim toga, vijek trajanja PEM ćelija je kraći nego kod alkalnih ćelija. U budućnosti, kapacitet PEM ćelije za proizvodnju vodika treba značajno poboljšati.
Vrijeme objave: 02.02.2023.