1966. aastal töötas General Electric Company välja prootonjuhtivuse kontseptsioonil põhineva vee-elektrolüüskambri, kasutades elektrolüüdina polümeermembraani. PEM-elemendid tõi General Electric turule 1978. aastal. Praegu toodab ettevõte vähem PEM-elemente, peamiselt piiratud vesiniku tootmise, lühikese eluea ja suurte investeerimiskulude tõttu. PEM-elemendil on bipolaarne struktuur ja elementide vahelised elektriühendused luuakse bipolaarsete plaatide kaudu, millel on oluline roll tekkivate gaaside eraldamisel. Anood, katood ja membraanirühm moodustavad membraan-elektroodi komplekti (MEA). Elektrood koosneb tavaliselt väärismetallidest, nagu plaatina või iriidium. Anoodil oksüdeerub vesi hapniku, elektronide ja prootonite tootmiseks. Katoodil ringlevad anoodi poolt toodetud hapnik, elektronid ja prootonid läbi membraani katoodi, kus need redutseeritakse vesinikgaasi tootmiseks. PEM-elektrolüüseri põhimõte on näidatud joonisel.
PEM-elektrolüüsereid kasutatakse tavaliselt väikesemahuliseks vesiniku tootmiseks, maksimaalse vesiniku tootmisega umbes 30 Nm3/h ja energiatarbimisega 174 kW. Võrreldes leeliselemendiga katab PEM-elemendi tegelik vesiniku tootmise kiirus peaaegu kogu piirvahemiku. PEM-element suudab töötada suurema voolutihedusega kui leeliselement, isegi kuni 1,6 A/cm2, ja elektrolüütiline efektiivsus on 48–65%. Kuna polümeerkile ei ole kõrge temperatuuri suhtes vastupidav, on elektrolüüseelemendi temperatuur sageli alla 80 °C. Hoelleri elektrolüsaator on välja töötanud optimeeritud elemendi pinna tehnoloogia väikeste PEM-elektrolüsaatorite jaoks. Elemente saab konstrueerida vastavalt nõuetele, vähendades väärismetallide hulka ja suurendades töörõhku. PEM-elektrolüsaatori peamine eelis on see, et vesiniku tootmine muutub peaaegu sünkroonselt tarnitava energiaga, mis sobib vesinikuvajaduse muutustega. Hoelleri elemendid reageerivad 0–100% koormusmuutustele sekunditega. Hoelleri patenteeritud tehnoloogia läbib valideerimiskatseid ja katserajatis ehitatakse 2020. aasta lõpuks.
PEM-elementide poolt toodetud vesiniku puhtus võib ulatuda kuni 99,99%, mis on kõrgem kui leeliselementidel. Lisaks vähendab polümeermembraani äärmiselt madal gaasi läbilaskvus tuleohtlike segude tekkimise ohtu, võimaldades elektrolüüseril töötada äärmiselt madala voolutihedusega. Elektrolüüserile tarnitava vee juhtivus peab olema alla 1S/cm. Kuna prootonite transport läbi polümeermembraani reageerib kiiresti võimsuse kõikumistele, saavad PEM-elemendid töötada erinevates toiteallika režiimides. Kuigi PEM-element on turule tulnud, on sellel mõningaid puudusi, peamiselt kõrge investeerimiskulu ja nii membraani- kui ka väärismetallidel põhinevate elektroodide kõrge hind. Lisaks on PEM-elementide kasutusiga lühem kui leeliselementidel. Tulevikus tuleb PEM-elementide vesiniku tootmise võimet oluliselt parandada.
Postituse aeg: 02.02.2023