I 1966 udviklede General Electric Company en vandelektrolytisk celle baseret på protonledningskonceptet ved hjælp af polymermembran som elektrolyt. PEM-celler blev kommercialiseret af General Electric i 1978. I øjeblikket producerer virksomheden færre PEM-celler, primært på grund af dens begrænsede hydrogenproduktion, korte levetid og høje investeringsomkostninger. En PEM-celle har en bipolar struktur, og elektriske forbindelser mellem cellerne skabes gennem bipolare plader, som spiller en vigtig rolle i udledning af de genererede gasser. Anoden, katoden og membrangruppen danner membranelektrodeenheden (MEA). Elektroden er normalt sammensat af ædle metaller såsom platin eller iridium. Ved anoden oxideres vand for at producere ilt, elektroner og protoner. Ved katoden cirkulerer ilten, elektronerne og protonerne produceret af anoden gennem membranen til katoden, hvor de reduceres for at producere hydrogengas. Princippet for PEM-elektrolysøren er vist i figuren.
PEM-elektrolyseceller bruges normalt til småskala brintproduktion med en maksimal brintproduktion på omkring 30 Nm3/t og et strømforbrug på 174 kW. Sammenlignet med alkaliske celler dækker den faktiske brintproduktionshastighed for PEM-celler næsten hele grænseområdet. PEM-cellen kan arbejde med en højere strømtæthed end alkaliske celler, helt op til 1,6 A/cm2, og den elektrolytiske effektivitet er 48%-65%. Fordi polymerfilmen ikke er modstandsdygtig over for høje temperaturer, er temperaturen i elektrolysecellen ofte under 80°C. Hoeller Electrolyzer har udviklet en optimeret celleoverfladeteknologi til små PEM-elektrolysører. Cellerne kan designes efter behov, hvilket reducerer mængden af ædle metaller og øger driftstrykket. Den største fordel ved PEM-elektrolysører er, at brintproduktionen ændrer sig næsten synkront med den tilførte energi, hvilket er egnet til ændringen i brintbehovet. Hoeller-celler reagerer på ændringer i belastningsraten på 0-100% på få sekunder. Hoellers patenterede teknologi er i øjeblikket under valideringstest, og testfaciliteten vil være bygget inden udgangen af 2020.
Renheden af hydrogen produceret af PEM-celler kan være så høj som 99,99%, hvilket er højere end for alkaliske celler. Derudover reducerer polymermembranens ekstremt lave gaspermeabilitet risikoen for dannelse af brandfarlige blandinger, hvilket gør det muligt for elektrolysatoren at fungere ved ekstremt lave strømtætheder. Ledningsevnen af det vand, der tilføres elektrolysatoren, skal være mindre end 1S/cm. Fordi protontransport over polymermembranen reagerer hurtigt på effektudsving, kan PEM-celler fungere i forskellige strømforsyningstilstande. Selvom PEM-cellen er blevet kommercialiseret, har den nogle ulemper, primært de høje investeringsomkostninger og de høje omkostninger til både membran- og ædelmetalbaserede elektroder. Derudover er PEM-cellers levetid kortere end for alkaliske celler. I fremtiden skal PEM-cellers kapacitet til at producere hydrogen forbedres betydeligt.
Opslagstidspunkt: 2. februar 2023