1966 წელს, General Electric Company-მ შეიმუშავა წყლის ელექტროლიტური ელემენტი, რომელიც დაფუძნებული იყო პროტონული გამტარობის კონცეფციაზე და იყენებდა პოლიმერულ მემბრანას ელექტროლიტად. PEM ელემენტები General Electric-მა კომერციალიზაციაში 1978 წელს ჩაატარა. ამჟამად, კომპანია აწარმოებს ნაკლებ PEM ელემენტებს, ძირითადად წყალბადის შეზღუდული წარმოების, ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობისა და მაღალი საინვესტიციო ღირებულების გამო. PEM ელემენტს აქვს ბიპოლარული სტრუქტურა და ელემენტებს შორის ელექტრული კავშირები ხორციელდება ბიპოლარული ფირფიტების მეშვეობით, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ წარმოქმნილი აირების გამოდევნაში. ანოდი, კათოდი და მემბრანული ჯგუფი ქმნიან მემბრანულ ელექტროდის შეკრებას (MEA). ელექტროდი, როგორც წესი, შედგება ძვირფასი ლითონებისგან, როგორიცაა პლატინა ან ირიდიუმი. ანოდზე წყალი იჟანგება ჟანგბადის, ელექტრონების და პროტონების წარმოსაქმნელად. კათოდზე, ანოდის მიერ წარმოქმნილი ჟანგბადი, ელექტრონები და პროტონები ცირკულირებენ მემბრანის გავლით კათოდში, სადაც ისინი აღდგენილია წყალბადის აირის წარმოსაქმნელად. PEM ელექტროლიზატორის პრინციპი ნაჩვენებია ნახაზზე.
PEM ელექტროლიტური უჯრედები, როგორც წესი, გამოიყენება მცირე მასშტაბის წყალბადის წარმოებისთვის, წყალბადის მაქსიმალური წარმოებით დაახლოებით 30 ნმ3/სთ და 174 კვტ სიმძლავრის მოხმარებით. ტუტე უჯრედთან შედარებით, PEM უჯრედის წყალბადის ფაქტობრივი წარმოების სიჩქარე თითქმის მთელ ზღვრულ დიაპაზონს მოიცავს. PEM უჯრედს შეუძლია მუშაობა A-ზე მაღალი დენის სიმკვრივით, ტუტე უჯრედთან შედარებით, 1.6 ა/სმ2-მდეც კი, ხოლო ელექტროლიტური ეფექტურობა 48%-65%-ია. იმის გამო, რომ პოლიმერული ფენა არ არის მდგრადი მაღალი ტემპერატურის მიმართ, ელექტროლიტური უჯრედის ტემპერატურა ხშირად 80°C-ზე დაბალია. Hoeller-ის ელექტროლიზატორმა შეიმუშავა ოპტიმიზირებული უჯრედის ზედაპირის ტექნოლოგია მცირე PEM ელექტროლიზატორებისთვის. უჯრედების დაპროექტება შესაძლებელია მოთხოვნების შესაბამისად, ძვირფასი ლითონების რაოდენობის შემცირებით და სამუშაო წნევის გაზრდით. PEM ელექტროლიზატორის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ წყალბადის წარმოება თითქმის სინქრონულად იცვლება მიწოდებულ ენერგიასთან, რაც შესაფერისია წყალბადის მოთხოვნის ცვლილებისთვის. Hoeller-ის უჯრედები რეაგირებენ 0-100%-იანი დატვირთვის ცვლილებებზე წამებში. ჰოელერის დაპატენტებული ტექნოლოგია ამჟამად გადის ვალიდაციის ტესტებს და სატესტო ობიექტი 2020 წლის ბოლოსთვის აშენდება.
PEM უჯრედების მიერ წარმოებული წყალბადის სისუფთავე შეიძლება 99.99%-ს მიაღწიოს, რაც უფრო მაღალია, ვიდრე ტუტე უჯრედების. გარდა ამისა, პოლიმერული მემბრანის უკიდურესად დაბალი გაზის გამტარობა ამცირებს აალებადი ნარევების წარმოქმნის რისკს, რაც ელექტროლიზატორს საშუალებას აძლევს იმუშაოს უკიდურესად დაბალი დენის სიმკვრივით. ელექტროლიზატორზე მიწოდებული წყლის გამტარობა უნდა იყოს 1S/cm-ზე ნაკლები. რადგან პროტონების ტრანსპორტი პოლიმერული მემბრანის გავლით სწრაფად რეაგირებს სიმძლავრის რყევებზე, PEM უჯრედებს შეუძლიათ იმუშაონ სხვადასხვა ენერგომომარაგების რეჟიმში. მიუხედავად იმისა, რომ PEM უჯრედი კომერციალიზებულია, მას აქვს გარკვეული ნაკლოვანებები, ძირითადად მაღალი ინვესტიციის ღირებულება და როგორც მემბრანული, ასევე ძვირფასი ლითონების ბაზაზე დამზადებული ელექტროდების მაღალი ღირებულება. გარდა ამისა, PEM უჯრედების მომსახურების ვადა უფრო მოკლეა, ვიდრე ტუტე უჯრედების. მომავალში, PEM უჯრედის წყალბადის წარმოების შესაძლებლობა მნიშვნელოვნად უნდა გაუმჯობესდეს.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 2 თებერვალი