1966 жылы General Electric компаниясы электролит ретінде полимерлі мембрананы пайдалана отырып, протон өткізгіштік тұжырымдамасына негізделген су электролиттік элементін жасап шығарды. PEM элементтерін General Electric 1978 жылы коммерциялық нарыққа шығарды. Қазіргі уақытта компания PEM элементтерін аз шығарады, бұл негізінен сутегі өндірісінің шектеулі болуына, қызмет ету мерзімінің қысқа болуына және инвестициялық шығындардың жоғары болуына байланысты. PEM элементінің биполярлық құрылымы бар, ал элементтер арасындағы электрлік байланыстар биполярлық пластиналар арқылы жүзеге асырылады, олар түзілген газдарды шығаруда маңызды рөл атқарады. Анод, катод және мембраналық топ мембраналық электрод жинағын (MEA) құрайды. Электрод әдетте платина немесе иридий сияқты бағалы металдардан тұрады. Анодта су оттегі, электрондар және протондар алу үшін тотығады. Катодта анод шығарған оттегі, электрондар және протондар мембрана арқылы катодқа айналады, онда олар сутегі газын алу үшін тотықсызданады. PEM электролизерінің жұмыс принципі суретте көрсетілген.
PEM электролиздік ұяшықтары әдетте шағын көлемді сутегі өндірісі үшін қолданылады, ең жоғары сутегі өндірісі шамамен 30 Нм3/сағ және қуат тұтынуы 174 кВт. Сілтілі ұяшықпен салыстырғанда, PEM ұяшығының нақты сутегі өндірісі жылдамдығы барлық шекті диапазонды дерлік қамтиды. PEM ұяшығы сілтілі ұяшыққа қарағанда жоғары ток тығыздығында, тіпті 1,6 А/см2 дейін жұмыс істей алады, ал электролиттік тиімділік 48%-65% құрайды. Полимер пленкасы жоғары температураға төзімді емес болғандықтан, электролиттік ұяшықтың температурасы көбінесе 80°C-тан төмен болады. Хоеллер электролизері шағын PEM электролизерлері үшін оңтайландырылған ұяшық бетінің технологиясын әзірледі. Ұяшықтарды талаптарға сәйкес жобалауға болады, бұл бағалы металдардың мөлшерін азайтып, жұмыс қысымын арттырады. PEM электролизерінің басты артықшылығы - сутегі өндірісі берілген энергиямен синхронды түрде өзгереді, бұл сутегіге деген сұраныстың өзгеруіне сәйкес келеді. Хоеллер ұяшықтары жүктеме рейтингінің 0-100% өзгеруіне секунд ішінде жауап береді. Хоеллердің патенттелген технологиясы валидация сынақтарынан өтуде, ал сынақ нысаны 2020 жылдың соңына дейін салынады.
PEM жасушалары өндіретін сутегінің тазалығы 99,99%-ға дейін жетуі мүмкін, бұл сілтілік жасушаларға қарағанда жоғары. Сонымен қатар, полимер мембранасының өте төмен газ өткізгіштігі тұтанғыш қоспалардың пайда болу қаупін азайтады, бұл электролизердің өте төмен ток тығыздығында жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Электролизерге берілетін судың өткізгіштігі 1S/см-ден аз болуы керек. Полимер мембранасы арқылы протон тасымалдануы қуат ауытқуларына тез жауап беретіндіктен, PEM жасушалары әртүрлі қуат беру режимдерінде жұмыс істей алады. PEM жасушасы коммерциялық нарыққа шығарылғанымен, оның кейбір кемшіліктері бар, негізінен жоғары инвестициялық шығындар және мембраналық және бағалы металдарға негізделген электродтардың жоғары құны. Сонымен қатар, PEM жасушаларының қызмет ету мерзімі сілтілік жасушаларға қарағанда қысқа. Болашақта PEM жасушасының сутегі өндіру қабілетін айтарлықтай жақсарту қажет.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 2 ақпан