Godine 1966. tvrtka General Electric razvila je elektrolitičku ćeliju za vodu temeljenu na konceptu protonske vodljivosti, koristeći polimernu membranu kao elektrolit. PEM ćelije je General Electric komercijalizirao 1978. godine. Trenutno tvrtka proizvodi manje PEM ćelija, uglavnom zbog ograničene proizvodnje vodika, kratkog vijeka trajanja i visokih investicijskih troškova. PEM ćelija ima bipolarnu strukturu, a električne veze između ćelija ostvaruju se putem bipolarnih ploča, koje igraju važnu ulogu u ispuštanju stvorenih plinova. Anoda, katoda i membranska skupina tvore sklop membranske elektrode (MEA). Elektroda se obično sastoji od plemenitih metala poput platine ili iridija. Na anodi se voda oksidira kako bi se proizveo kisik, elektroni i protoni. Na katodi kisik, elektroni i protoni koje proizvodi anoda cirkuliraju kroz membranu do katode, gdje se reduciraju kako bi se proizveo vodikov plin. Princip PEM elektrolizatora prikazan je na slici.
PEM elektrolitičke ćelije obično se koriste za proizvodnju vodika u malim razmjerima, s maksimalnom proizvodnjom vodika od oko 30 Nm3/h i potrošnjom energije od 174 kW. U usporedbi s alkalnom ćelijom, stvarna brzina proizvodnje vodika u PEM ćeliji pokriva gotovo cijeli granični raspon. PEM ćelija može raditi na većoj gustoći struje od alkalne ćelije, čak do 1,6 A/cm2, a elektrolitička učinkovitost je 48%-65%. Budući da polimerni film nije otporan na visoke temperature, temperatura elektrolitičke ćelije često je ispod 80°C. Hoeller elektrolizator razvio je optimiziranu tehnologiju površine ćelije za male PEM elektrolizatore. Ćelije se mogu dizajnirati prema zahtjevima, smanjujući količinu plemenitih metala i povećavajući radni tlak. Glavna prednost PEM elektrolizatora je što se proizvodnja vodika mijenja gotovo sinkronizirano s isporučenom energijom, što je prikladno za promjenu potražnje za vodikom. Hoeller ćelije reagiraju na promjene nazivnog opterećenja od 0-100% u sekundama. Hoellerova patentirana tehnologija prolazi kroz validacijske testove, a testni objekt bit će izgrađen do kraja 2020. godine.
Čistoća vodika proizvedenog PEM ćelijama može doseći i do 99,99%, što je više nego kod alkalnih ćelija. Osim toga, izuzetno niska propusnost plina polimerne membrane smanjuje rizik od stvaranja zapaljivih smjesa, omogućujući elektrolizatoru rad pri izuzetno niskim gustoćama struje. Vodljivost vode koja se dovodi u elektrolizator mora biti manja od 1S/cm. Budući da transport protona kroz polimernu membranu brzo reagira na fluktuacije snage, PEM ćelije mogu raditi u različitim načinima napajanja. Iako je PEM ćelija komercijalizirana, ima neke nedostatke, uglavnom visoke investicijske troškove i visoke troškove membrane i elektroda na bazi plemenitih metala. Osim toga, vijek trajanja PEM ćelija je kraći od vijeka trajanja alkalnih ćelija. U budućnosti će se kapacitet PEM ćelije za proizvodnju vodika morati znatno poboljšati.
Vrijeme objave: 02.02.2023.