Pada tahun 1966, General Electric Company mengembangkan sel elektrolit air berdasarkan konsep konduksi proton, menggunakan membran polimer sebagai elektrolit. Sel PEM dikomersialkan oleh General Electric pada tahun 1978. Saat ini, perusahaan memproduksi lebih sedikit sel PEM, terutama karena produksi hidrogennya terbatas, masa pakainya pendek, dan biaya investasinya tinggi. Sel PEM memiliki struktur bipolar, dan sambungan listrik antar sel dibuat melalui pelat bipolar, yang memainkan peran penting dalam mengeluarkan gas yang dihasilkan. Kelompok anoda, katoda, dan membran membentuk rakitan elektroda membran (MEA). Elektroda biasanya terdiri dari logam mulia seperti platinum atau iridium. Di anoda, air dioksidasi untuk menghasilkan oksigen, elektron, dan proton. Di katoda, oksigen, elektron, dan proton yang dihasilkan oleh anoda bersirkulasi melalui membran ke katoda, tempat mereka direduksi untuk menghasilkan gas hidrogen. Prinsip elektroliser PEM ditunjukkan pada gambar.
Sel elektrolit PEM biasanya digunakan untuk produksi hidrogen skala kecil, dengan produksi hidrogen maksimum sekitar 30Nm3/jam dan konsumsi daya 174kW. Dibandingkan dengan sel alkali, laju produksi hidrogen aktual sel PEM hampir mencakup seluruh rentang batas. Sel PEM dapat bekerja pada kerapatan arus yang lebih tinggi daripada sel alkali, bahkan hingga 1,6A/cm2, dan efisiensi elektrolitnya adalah 48%-65%. Karena film polimer tidak tahan terhadap suhu tinggi, suhu sel elektrolit sering kali di bawah 80°C. Elektroliser Hoeller telah mengembangkan teknologi permukaan sel yang dioptimalkan untuk elektroliser PEM kecil. Sel dapat dirancang sesuai dengan kebutuhan, mengurangi jumlah logam mulia dan meningkatkan tekanan operasi. Keuntungan utama elektroliser PEM adalah bahwa produksi hidrogen berubah hampir serempak dengan energi yang disuplai, yang cocok untuk perubahan permintaan hidrogen. Sel Hoeller merespons perubahan peringkat beban 0-100% dalam hitungan detik. Teknologi yang dipatenkan Hoeller sedang menjalani uji validasi, dan fasilitas pengujian akan dibangun pada akhir tahun 2020.
Kemurnian hidrogen yang diproduksi oleh sel PEM dapat mencapai 99,99%, yang lebih tinggi daripada sel alkali. Selain itu, permeabilitas gas yang sangat rendah dari membran polimer mengurangi risiko pembentukan campuran yang mudah terbakar, yang memungkinkan elektroliser beroperasi pada kerapatan arus yang sangat rendah. Konduktivitas air yang disuplai ke elektroliser harus kurang dari 1S/cm. Karena transpor proton melintasi membran polimer merespons fluktuasi daya dengan cepat, sel PEM dapat beroperasi dalam mode catu daya yang berbeda. Meskipun sel PEM telah dikomersialkan, ia memiliki beberapa kelemahan, terutama biaya investasi yang tinggi dan tingginya biaya membran dan elektroda berbasis logam mulia. Selain itu, masa pakai sel PEM lebih pendek daripada sel alkali. Di masa depan, kapasitas sel PEM untuk menghasilkan hidrogen perlu ditingkatkan secara signifikan.
Waktu posting: 02-Feb-2023