El 1966, General Electric Company va desenvolupar una cel·la electrolítica d'aigua basada en el concepte de conducció de protons, utilitzant una membrana de polímer com a electròlit. Les cel·les PEM van ser comercialitzades per General Electric el 1978. Actualment, l'empresa produeix menys cel·les PEM, principalment a causa de la seva limitada producció d'hidrogen, la seva curta vida útil i l'alt cost d'inversió. Una cel·la PEM té una estructura bipolar, i les connexions elèctriques entre les cel·les es fan mitjançant plaques bipolars, que tenen un paper important en la descàrrega dels gasos generats. L'ànode, el càtode i el grup de membrana formen el conjunt d'elèctrodes de membrana (MEA). L'elèctrode sol estar compost de metalls preciosos com el platí o l'iridi. A l'ànode, l'aigua s'oxida per produir oxigen, electrons i protons. Al càtode, l'oxigen, els electrons i els protons produïts per l'ànode circulen a través de la membrana fins al càtode, on es redueixen per produir gas hidrogen. El principi de l'electrolitzador PEM es mostra a la figura.
Les cel·les electrolítiques PEM s'utilitzen normalment per a la producció d'hidrogen a petita escala, amb una producció màxima d'hidrogen d'uns 30 Nm3/h i un consum d'energia de 174 kW. En comparació amb la cel·la alcalina, la taxa real de producció d'hidrogen de la cel·la PEM cobreix gairebé tot el rang límit. La cel·la PEM pot funcionar a una densitat de corrent més alta que la cel·la alcalina, fins i tot fins a 1,6 A/cm2, i l'eficiència electrolítica és del 48%-65%. Com que la pel·lícula de polímer no és resistent a les altes temperatures, la temperatura de la cel·la electrolítica sovint és inferior a 80 °C. L'electrolitzador Hoeller ha desenvolupat una tecnologia de superfície cel·lular optimitzada per a petits electrolitzadors PEM. Les cel·les es poden dissenyar segons els requisits, reduint la quantitat de metalls preciosos i augmentant la pressió de funcionament. El principal avantatge de l'electrolitzador PEM és que la producció d'hidrogen canvia gairebé sincronitzadament amb l'energia subministrada, cosa que és adequada per al canvi de la demanda d'hidrogen. Les cel·les Hoeller responen a canvis de càrrega nominal del 0 al 100% en segons. La tecnologia patentada de Hoeller s'està sotmetent a proves de validació i la instal·lació de proves es construirà a finals del 2020.
La puresa de l'hidrogen produït per les cel·les PEM pot arribar al 99,99%, xifra superior a la de les cel·les alcalines. A més, la permeabilitat extremadament baixa al gas de la membrana polimèrica redueix el risc de formar mescles inflamables, cosa que permet que l'electrolitzador funcioni a densitats de corrent extremadament baixes. La conductivitat de l'aigua subministrada a l'electrolitzador ha de ser inferior a 1 S/cm. Com que el transport de protons a través de la membrana polimèrica respon ràpidament a les fluctuacions de potència, les cel·les PEM poden funcionar en diferents modes de subministrament d'energia. Tot i que la cel·la PEM s'ha comercialitzat, té alguns desavantatges, principalment l'elevat cost d'inversió i l'elevada despesa tant dels elèctrodes de membrana com dels basats en metalls preciosos. A més, la vida útil de les cel·les PEM és més curta que la de les cel·les alcalines. En el futur, cal millorar considerablement la capacitat de la cel·la PEM per produir hidrogen.
Data de publicació: 02-02-2023