בשנת 1966, חברת ג'נרל אלקטריק פיתחה תא אלקטרוליטי מים המבוסס על תפיסת הולכת פרוטונים, תוך שימוש בממברנת פולימר כאלקטרוליט. תאי PEM הושקו על ידי ג'נרל אלקטריק בשנת 1978. כיום, החברה מייצרת פחות תאי PEM, בעיקר בגלל ייצור המימן המוגבל שלה, אורך חיים קצר ועלות השקעה גבוהה. לתא PEM יש מבנה דו-קוטבי, והחיבורים החשמליים בין התאים נעשים באמצעות לוחות דו-קוטביים, אשר ממלאים תפקיד חשוב בפריקת הגזים הנוצרים. האנודה, הקתודה וקבוצת הממברנה יוצרים את מכלול אלקטרודות הממברנה (MEA). האלקטרודה מורכבת בדרך כלל ממתכות יקרות כמו פלטינה או אירידיום. באנודה, המים מתחמצנים לייצור חמצן, אלקטרונים ופרוטונים. בקתודה, החמצן, האלקטרונים והפרוטונים המיוצרים על ידי האנודה זורמים דרך הממברנה לקתודה, שם הם מופחתים לייצור גז מימן. עקרון האלקטרוליזה של PEM מוצג באיור.
תאי אלקטרוליטיים של PEM משמשים בדרך כלל לייצור מימן בקנה מידה קטן, עם ייצור מימן מקסימלי של כ-30Nm3/h וצריכת חשמל של 174kW. בהשוואה לתא אלקליין, קצב ייצור המימן בפועל של תא PEM מכסה כמעט את כל טווח הגבולות. תא ה-PEM יכול לעבוד בצפיפות זרם גבוהה יותר מאשר תא אלקליין, אפילו עד 1.6A/cm2, ויעילות האלקטרוליטית היא 48%-65%. מכיוון שסרט הפולימר אינו עמיד לטמפרטורה גבוהה, טמפרטורת התא האלקטרוליטי היא לעתים קרובות מתחת ל-80°C. חברת האלקטרוליזר של Hoeller פיתחה טכנולוגיית פני תא אופטימלית עבור אלקטרוליזרים קטנים של PEM. ניתן לתכנן את התאים בהתאם לדרישות, להפחית את כמות המתכות היקרות ולהגדיל את לחץ ההפעלה. היתרון העיקרי של אלקטרוליזר PEM הוא שייצור המימן משתנה כמעט באופן סינכרוני עם האנרגיה המסופקת, דבר המתאים לשינוי בביקוש למימן. תאי Hoeller מגיבים לשינויים בדירוג העומס של 0-100% תוך שניות. הטכנולוגיה הרשומה כפטנט של הולר עוברת כעת מבחני אימות, ומתקן הבדיקה ייבנה עד סוף 2020.
טוהר המימן המיוצר על ידי תאי PEM יכול להגיע ל-99.99%, רמה גבוהה מזו של תאים אלקליים. בנוסף, חדירות הגז הנמוכה ביותר של קרום הפולימר מפחיתה את הסיכון ליצירת תערובות דליקות, מה שמאפשר לאלקטרוליזר לפעול בצפיפויות זרם נמוכות ביותר. המוליכות של המים המסופקים לאלקטרוליזר חייבת להיות פחות מ-1S/cm. מכיוון שמעבר פרוטונים על פני קרום הפולימר מגיב במהירות לתנודות בהספק, תאי PEM יכולים לפעול במצבי אספקת חשמל שונים. למרות שתא ה-PEM כבר הפך למסחרי, יש לו כמה חסרונות, בעיקר עלות ההשקעה הגבוהה והעלות הגבוהה של אלקטרודות מבוססות ממברנה ומתכות יקרות. בנוסף, חיי השירות של תאי PEM קצרים יותר מזה של תאים אלקליים. בעתיד, יש צורך לשפר משמעותית את יכולת תאי ה-PEM לייצר מימן.
זמן פרסום: 2 בפברואר 2023