1966-ban a General Electric Company kifejlesztett egy protonvezetéses koncepción alapuló vízelektrolizáló cellát, polimer membránt használva elektrolitként. A PEM cellákat a General Electric 1978-ban forgalmazta. Jelenleg a vállalat kevesebb PEM cellát gyárt, főként a korlátozott hidrogéntermelés, a rövid élettartam és a magas beruházási költségek miatt. A PEM cella bipoláris szerkezetű, és a cellák közötti elektromos csatlakozások bipoláris lemezeken keresztül jönnek létre, amelyek fontos szerepet játszanak a keletkező gázok elvezetésében. Az anód, a katód és a membráncsoport alkotja a membránelektróda szerelvényt (MEA). Az elektróda általában nemesfémekből, például platinából vagy irídiumból áll. Az anódnál a víz oxidálódik, oxigénné, elektronokká és protonokká. A katódon az anód által termelt oxigén, elektronok és protonok a membránon keresztül a katódhoz keringenek, ahol redukálódnak, hidrogéngázt termelve. A PEM elektrolizáló elve az ábrán látható.
A PEM elektrolizáló cellákat általában kisméretű hidrogéntermelésre használják, maximális hidrogéntermelésük körülbelül 30 Nm3/h, energiafogyasztásuk pedig 174 kW. Az alkáli cellákhoz képest a PEM cella tényleges hidrogéntermelési sebessége szinte lefedi a teljes határtartományt. A PEM cella nagyobb áramsűrűséggel képes működni, mint az alkáli cella, akár 1,6 A/cm2-rel, az elektrolízis hatásfoka pedig 48%-65%. Mivel a polimer film nem ellenáll a magas hőmérsékletnek, az elektrolizáló cella hőmérséklete gyakran 80°C alatt van. A Hoeller elektrolizáló kifejlesztett egy optimalizált cellafelület-technológiát a kis PEM elektrolizálókhoz. A cellák a követelményeknek megfelelően tervezhetők, csökkentve a nemesfémek mennyiségét és növelve az üzemi nyomást. A PEM elektrolizáló fő előnye, hogy a hidrogéntermelés szinte szinkronban változik a betáplált energiával, ami alkalmas a hidrogénigény változására. A Hoeller cellák másodpercek alatt reagálnak a 0-100%-os terhelésváltozásokra. A Hoeller szabadalmaztatott technológiája validációs teszteken esik át, a tesztlétesítmény pedig 2020 végére épül fel.
A PEM cellák által előállított hidrogén tisztasága akár 99,99% is lehet, ami magasabb, mint az alkáli celláké. Ezenkívül a polimer membrán rendkívül alacsony gázáteresztő képessége csökkenti a gyúlékony keverékek képződésének kockázatát, lehetővé téve az elektrolizátor rendkívül alacsony áramsűrűséggel történő működését. Az elektrolizátorba juttatott víz vezetőképességének kevesebbnek kell lennie, mint 1S/cm. Mivel a protontranszport a polimer membránon keresztül gyorsan reagál a teljesítményingadozásokra, a PEM cellák különböző tápellátási módokban működhetnek. Bár a PEM cella kereskedelmi forgalomba került, vannak hátrányai, főként a magas beruházási költség és mind a membrán, mind a nemesfém alapú elektródák magas ára. Ezenkívül a PEM cellák élettartama rövidebb, mint az alkáli celláké. A jövőben a PEM cellák hidrogéntermelő képességét jelentősen javítani kell.
Közzététel ideje: 2023. február 2.