En 1966, General Electric Company desenvolveu unha cela electrolítica de auga baseada no concepto de condución de protóns, utilizando unha membrana de polímero como electrolito. As celas PEM foron comercializadas por General Electric en 1978. Actualmente, a empresa produce menos celas PEM, principalmente debido á súa limitada produción de hidróxeno, á súa curta vida útil e ao seu alto custo de investimento. Unha cela PEM ten unha estrutura bipolar e as conexións eléctricas entre as celas realízanse a través de placas bipolares, que desempeñan un papel importante na descarga dos gases xerados. O ánodo, o cátodo e o grupo de membranas forman o conxunto de eléctrodos de membrana (MEA). O eléctrodo adoita estar composto de metais preciosos como o platino ou o iridio. No ánodo, a auga oxídase para producir osíxeno, electróns e protóns. No cátodo, o osíxeno, os electróns e os protóns producidos polo ánodo circulan a través da membrana ata o cátodo, onde se reducen para producir gas hidróxeno. O principio do electrolizador PEM móstrase na figura.
As celas electrolíticas PEM úsanse normalmente para a produción de hidróxeno a pequena escala, cunha produción máxima de hidróxeno duns 30 Nm3/h e un consumo de enerxía de 174 kW. En comparación coa cela alcalina, a taxa real de produción de hidróxeno da cela PEM cobre case todo o rango límite. A cela PEM pode funcionar a unha densidade de corrente maior que a cela alcalina, mesmo ata 1,6 A/cm2, e a eficiencia electrolítica é do 48 % ao 65 %. Debido a que a película de polímero non é resistente ás altas temperaturas, a temperatura da cela electrolítica adoita ser inferior a 80 °C. Hoeller electrolyzer desenvolveu unha tecnoloxía de superficie celular optimizada para pequenos electrolizadores PEM. As celas pódense deseñar segundo os requisitos, reducindo a cantidade de metais preciosos e aumentando a presión de funcionamento. A principal vantaxe do electrolizador PEM é que a produción de hidróxeno cambia case de forma sincrona coa enerxía subministrada, o que é axeitado para o cambio na demanda de hidróxeno. As celas Hoeller responden a cambios na clasificación de carga do 0 ao 100 % en segundos. A tecnoloxía patentada de Hoeller está a ser sometida a probas de validación e as instalacións de probas construiranse a finais de 2020.
A pureza do hidróxeno producido polas celas PEM pode chegar ao 99,99 %, o que é superior á das celas alcalinas. Ademais, a permeabilidade extremadamente baixa aos gases da membrana polimérica reduce o risco de formar mesturas inflamables, o que permite que o electrolizador funcione a densidades de corrente extremadamente baixas. A condutividade da auga subministrada ao electrolizador debe ser inferior a 1 S/cm. Debido a que o transporte de protóns a través da membrana polimérica responde rapidamente ás flutuacións de potencia, as celas PEM poden funcionar en diferentes modos de subministración de enerxía. Aínda que a cela PEM foi comercializada, ten algunhas desvantaxes, principalmente o alto custo de investimento e o elevado gasto tanto dos eléctrodos de membrana como dos baseados en metais preciosos. Ademais, a vida útil das celas PEM é máis curta que a das celas alcalinas. No futuro, a capacidade da cela PEM para producir hidróxeno debe mellorar moito.
Data de publicación: 02-02-2023