V roce 1966 vyvinula společnost General Electric Company vodní elektrolytický článek založený na konceptu protonového vedení s použitím polymerní membrány jako elektrolytu. PEM články byly společností General Electric komerčně uvedeny na trh v roce 1978. V současné době společnost vyrábí méně PEM článků, zejména kvůli omezené produkci vodíku, krátké životnosti a vysokým investičním nákladům. PEM článek má bipolární strukturu a elektrická spojení mezi články jsou vytvářena bipolárními deskami, které hrají důležitou roli při odvádění generovaných plynů. Anoda, katoda a membránová skupina tvoří membránovou elektrodovou sestavu (MEA). Elektroda se obvykle skládá z drahých kovů, jako je platina nebo iridium. Na anodě se voda oxiduje za vzniku kyslíku, elektronů a protonů. Na katodě kyslík, elektrony a protony produkované anodou cirkulují přes membránu ke katodě, kde se redukují za vzniku vodíku. Princip PEM elektrolyzéru je znázorněn na obrázku.
PEM elektrolyzéry se obvykle používají pro maloobjemovou výrobu vodíku s maximální produkcí vodíku přibližně 30 Nm3/h a spotřebou energie 174 kW. Ve srovnání s alkalickými články pokrývá skutečná rychlost výroby vodíku u PEM článku téměř celý rozsah. PEM článek může pracovat s vyšší proudovou hustotou než alkalický článek, a to až do 1,6 A/cm2, a elektrolytická účinnost je 48 %–65 %. Protože polymerní film není odolný vůči vysokým teplotám, teplota elektrolyzéru je často pod 80 °C. Společnost Hoeller vyvinula optimalizovanou technologii povrchu článku pro malé PEM elektrolyzéry. Články lze navrhnout podle požadavků, čímž se sníží množství drahých kovů a zvýší provozní tlak. Hlavní výhodou PEM elektrolyzéru je, že produkce vodíku se mění téměř synchronně s dodávanou energií, což je vhodné pro změnu poptávky po vodíku. Hoeller reagují na změny jmenovitého zatížení 0–100 % během několika sekund. Patentovaná technologie společnosti Hoeller prochází ověřovacími testy a testovací zařízení bude postaveno do konce roku 2020.
Čistota vodíku produkovaného PEM články může dosáhnout až 99,99 %, což je více než u alkalických článků. Kromě toho extrémně nízká propustnost plynů polymerní membránou snižuje riziko tvorby hořlavých směsí, což umožňuje elektrolyzéru pracovat při extrémně nízkých proudových hustotách. Vodivost vody dodávané do elektrolyzéru musí být menší než 1S/cm. Protože transport protonů přes polymerní membránu rychle reaguje na kolísání výkonu, mohou PEM články pracovat v různých režimech napájení. Přestože PEM článek byl komerčně využit, má určité nevýhody, zejména vysoké investiční náklady a vysoké náklady na membránu i elektrody na bázi drahých kovů. Kromě toho je životnost PEM článků kratší než u alkalických článků. V budoucnu je třeba výrazně zlepšit kapacitu PEM článků pro výrobu vodíku.
Čas zveřejnění: 2. února 2023