Árið 1966 þróaði General Electric Company vatnsrafgreiningarfrumu byggða á róteindaleiðni, með því að nota fjölliðuhimnu sem raflausn. PEM frumur voru markaðssettar af General Electric árið 1978. Eins og er framleiðir fyrirtækið færri PEM frumur, aðallega vegna takmarkaðrar vetnisframleiðslu, stutts líftíma og mikils fjárfestingarkostnaðar. PEM frumur eru tvípólar og rafmagnstengingar milli frumna eru gerðar með tvípólarplötum, sem gegna mikilvægu hlutverki í að losa myndaða lofttegund. Anóða, katóða og himnuhópur mynda himnu rafskautssamstæðuna (MEA). Rafskautið er venjulega úr eðalmálmum eins og platínu eða iridíum. Við anóðuna oxast vatn til að framleiða súrefni, rafeindir og róteindir. Við katóðuna streyma súrefnið, rafeindir og róteindir sem myndast af anóðunni í gegnum himnuna að katóðunni, þar sem þau eru afoxuð til að framleiða vetnisgas. Meginreglan á bak við PEM rafgreininguna er sýnd á myndinni.
PEM rafgreiningarfrumur eru venjulega notaðar til vetnisframleiðslu í litlum mæli, með hámarks vetnisframleiðslu upp á um 30 Nm3/klst og orkunotkun upp á 174 kW. Í samanburði við basískar frumur nær raunveruleg vetnisframleiðsluhraði PEM-fruma næstum yfir allt marksviðið. PEM-fruman getur unnið við hærri straumþéttleika en basískar frumur, jafnvel allt að 1,6 A/cm2, og rafgreiningarnýtnin er 48%-65%. Þar sem fjölliðufilman er ekki hitaþolin er hitastig rafgreiningarfrumans oft undir 80°C. Hoeller rafgreiningartækið hefur þróað bjartsýni á yfirborði frumna fyrir litlar PEM rafgreiningarvélar. Hægt er að hanna frumurnar í samræmi við kröfur, draga úr magni eðalmálma og auka rekstrarþrýsting. Helsti kosturinn við PEM rafgreiningartæki er að vetnisframleiðslan breytist næstum samstillt við orkuframleiðsluna, sem hentar fyrir breytingar á vetnisþörf. Hoeller frumur bregðast við 0-100% breytingum á álagsgetu á nokkrum sekúndum. Einkaleyfisvarin tækni Hoellers er í gangi til að staðfesta notkun og prófunaraðstaðan verður byggð fyrir lok árs 2020.
Hreinleiki vetnis sem PEM-frumur framleiða getur verið allt að 99,99%, sem er hærra en í basískum frumum. Þar að auki dregur afar lágt gasgegndræpi fjölliðuhimnunnar úr hættu á myndun eldfimar blöndur, sem gerir rafgreiningartækinu kleift að starfa við afar lágan straumþéttleika. Leiðni vatnsins sem fært er til rafgreiningartækisins verður að vera minni en 1S/cm. Þar sem flutningur róteinda yfir fjölliðuhimnuna bregst hratt við sveiflum í aflgjafa geta PEM-frumur starfað í mismunandi aflgjafastillingum. Þó að PEM-frumur hafi verið markaðssettar hefur þær nokkra ókosti, aðallega mikinn fjárfestingarkostnað og mikinn kostnað við bæði himnu- og eðalmálmabundnar rafskautar. Þar að auki er endingartími PEM-frumna styttri en basískra frumna. Í framtíðinni þarf að bæta verulega getu PEM-frumna til að framleiða vetni.
Birtingartími: 2. febrúar 2023