En 1966, General Electric Company desarrolló una celda electrolítica de agua basada en el concepto de conducción de protones, utilizando una membrana de polímero como electrolito. Las celdas PEM fueron comercializadas por General Electric en 1978. Actualmente, la compañía produce menos celdas PEM, principalmente debido a su limitada producción de hidrógeno, corta vida útil y alto costo de inversión. Una celda PEM tiene una estructura bipolar, y las conexiones eléctricas entre las celdas se realizan a través de placas bipolares, que juegan un papel importante en la descarga de los gases generados. El ánodo, el cátodo y el grupo de membrana forman el ensamblaje del electrodo de membrana (MEA). El electrodo generalmente está compuesto de metales preciosos como platino o iridio. En el ánodo, el agua se oxida para producir oxígeno, electrones y protones. En el cátodo, el oxígeno, los electrones y los protones producidos por el ánodo circulan a través de la membrana hasta el cátodo, donde se reducen para producir gas hidrógeno. El principio del electrolizador PEM se muestra en la figura.
Las celdas electrolíticas PEM se utilizan generalmente para la producción de hidrógeno a pequeña escala, con una producción máxima de hidrógeno de aproximadamente 30 Nm³/h y un consumo de energía de 174 kW. En comparación con las celdas alcalinas, la tasa real de producción de hidrógeno de las celdas PEM cubre prácticamente todo el rango límite. La celda PEM puede funcionar con una densidad de corriente superior a la de las celdas alcalinas, incluso hasta 1,6 A/cm², y su eficiencia electrolítica es del 48 % al 65 %. Debido a que la película de polímero no es resistente a altas temperaturas, la temperatura de la celda electrolítica suele ser inferior a 80 °C. Hoeller Electrolyzer ha desarrollado una tecnología de superficie de celda optimizada para electrolizadores PEM pequeños. Las celdas se pueden diseñar según los requisitos, reduciendo la cantidad de metales preciosos y aumentando la presión de operación. La principal ventaja de los electrolizadores PEM es que la producción de hidrógeno cambia casi sincronizadamente con la energía suministrada, lo que resulta adecuado para los cambios en la demanda de hidrógeno. Las celdas Hoeller responden a cambios de carga nominal del 0 % al 100 % en segundos. La tecnología patentada de Hoeller está siendo sometida a pruebas de validación y las instalaciones de pruebas se construirán a finales de 2020.
La pureza del hidrógeno producido por las celdas PEM puede ser tan alta como 99.99%, que es más alta que la de las celdas alcalinas. Además, la permeabilidad a los gases extremadamente baja de la membrana de polímero reduce el riesgo de formar mezclas inflamables, lo que permite que el electrolizador funcione a densidades de corriente extremadamente bajas. La conductividad del agua suministrada al electrolizador debe ser inferior a 1 S/cm. Debido a que el transporte de protones a través de la membrana de polímero responde rápidamente a las fluctuaciones de energía, las celdas PEM pueden funcionar en diferentes modos de suministro de energía. Aunque la celda PEM ha sido comercializada, tiene algunas desventajas, principalmente el alto costo de inversión y el alto gasto de los electrodos basados en membrana y metal precioso. Además, la vida útil de las celdas PEM es más corta que la de las celdas alcalinas. En el futuro, la capacidad de la celda PEM para producir hidrógeno necesita ser mejorada considerablemente.
Hora de publicación: 02-feb-2023