Pada tahun 1966, General Electric Company mengembangkan sel elektrolitik air berdasarkan konsep konduksi proton, menggunakan membran polimer sebagai elektrolit. Sel PEM dikomersialkan oleh General Electric pada tahun 1978. Saat ini, perusahaan tersebut memproduksi lebih sedikit sel PEM, terutama karena produksi hidrogennya yang terbatas, umur pakainya yang pendek, dan biaya investasi yang tinggi. Sel PEM memiliki struktur bipolar, dan koneksi listrik antar sel dibuat melalui pelat bipolar, yang memainkan peran penting dalam pelepasan gas yang dihasilkan. Anoda, katoda, dan kelompok 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, di mana mereka direduksi untuk menghasilkan gas hidrogen. Prinsip elektroliser PEM ditunjukkan pada gambar.
Sel elektrolitik PEM biasanya digunakan untuk produksi hidrogen skala kecil, dengan produksi hidrogen maksimum sekitar 30 Nm³/jam dan konsumsi daya 174 kW. 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 1,6 A/cm², dan efisiensi elektrolitiknya adalah 48%-65%. Karena lapisan polimer tidak tahan terhadap suhu tinggi, suhu sel elektrolitik seringkali di bawah 80°C. Elektroliser Hoeller telah mengembangkan teknologi permukaan sel yang dioptimalkan untuk elektroliser PEM skala kecil. Sel dapat dirancang sesuai dengan kebutuhan, mengurangi jumlah logam mulia dan meningkatkan tekanan operasi. Keuntungan utama elektroliser PEM adalah produksi hidrogen berubah hampir sinkron dengan energi yang disuplai, yang sesuai dengan perubahan permintaan hidrogen. Sel Hoeller merespons perubahan peringkat beban 0-100% dalam hitungan detik. Teknologi yang dipatenkan oleh Hoeller sedang menjalani uji validasi, dan fasilitas pengujian akan dibangun pada akhir tahun 2020.
Kemurnian hidrogen yang dihasilkan oleh sel PEM dapat mencapai 99,99%, lebih tinggi daripada sel alkali. Selain itu, permeabilitas gas yang sangat rendah dari membran polimer mengurangi risiko pembentukan campuran yang mudah terbakar, memungkinkan elektroliser beroperasi pada kerapatan arus yang sangat rendah. Konduktivitas air yang disuplai ke elektroliser harus kurang dari 1 S/cm. Karena transpor proton melintasi membran polimer merespons dengan cepat terhadap fluktuasi daya, sel PEM dapat beroperasi dalam berbagai mode catu daya. Meskipun sel PEM telah dikomersialkan, ia memiliki beberapa kekurangan, terutama biaya investasi yang tinggi dan biaya yang tinggi baik untuk membran maupun 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 Februari 2023