1966 m. „General Electric Company“ sukūrė vandens elektrolizės elementą, pagrįstą protonų laidumo koncepcija, kuriame kaip elektrolitą naudojama polimerinė membrana. PEM elementus „General Electric“ pradėjo komercializuoti 1978 m. Šiuo metu bendrovė pagamina mažiau PEM elementų, daugiausia dėl ribotos vandenilio gamybos, trumpo tarnavimo laiko ir didelių investicijų. PEM elementas turi bipolinę struktūrą, o elektros jungtys tarp elementų yra sudarytos per bipolines plokštes, kurios atlieka svarbų vaidmenį išleidžiant susidariusias dujas. Anodas, katodas ir membranų grupė sudaro membraninių elektrodų mazgą (MEA). Elektrodas paprastai sudarytas iš tauriųjų metalų, tokių kaip platina arba iridis. Anode vanduo oksiduojamas, kad susidarytų deguonis, elektronai ir protonai. Katode anodo susidaręs deguonis, elektronai ir protonai cirkuliuoja per membraną į katodą, kur jie redukuojami, kad susidarytų vandenilio dujos. PEM elektrolizatoriaus principas parodytas paveiksle.
PEM elektrolizės elementai paprastai naudojami nedidelio masto vandenilio gamybai, jų maksimali vandenilio gamyba siekia apie 30 Nm3/h, o energijos suvartojimas – 174 kW. Palyginti su šarminiais elementais, PEM elementų faktinis vandenilio gamybos greitis beveik apima visą ribinį diapazoną. PEM elementas gali veikti esant didesniam srovės tankiui nei šarminis elementas, net iki 1,6 A/cm2, o elektrolizės efektyvumas yra 48–65 %. Kadangi polimerinė plėvelė nėra atspari aukštai temperatūrai, elektrolizės elemento temperatūra dažnai būna žemesnė nei 80 °C. „Hoeller“ elektrolizeris sukūrė optimizuotą elementų paviršiaus technologiją mažiems PEM elektrolizeriams. Elementus galima suprojektuoti pagal reikalavimus, sumažinant tauriųjų metalų kiekį ir padidinant darbinį slėgį. Pagrindinis PEM elektrolizerio privalumas yra tas, kad vandenilio gamyba kinta beveik sinchroniškai su tiekiama energija, o tai tinka vandenilio poreikio pokyčiams. „Hoeller“ elementai reaguoja į 0–100 % apkrovos pokyčius per kelias sekundes. Patentuota „Hoeller“ technologija šiuo metu yra atliekami patvirtinimo bandymai, o bandymų centras bus pastatytas iki 2020 m. pabaigos.
PEM elementų pagaminto vandenilio grynumas gali siekti net 99,99 %, t. y. daugiau nei šarminių elementų. Be to, itin mažas polimerinės membranos dujų pralaidumas sumažina degių mišinių susidarymo riziką, todėl elektrolizeris gali veikti esant itin mažam srovės tankiui. Į elektrolizerį tiekiamo vandens laidumas turi būti mažesnis nei 1 S/cm. Kadangi protonų pernaša per polimerinę membraną greitai reaguoja į galios svyravimus, PEM elementai gali veikti įvairiais maitinimo režimais. Nors PEM elementas buvo komercializuotas, jis turi tam tikrų trūkumų, daugiausia didelių investicijų ir didelės membranos bei tauriųjų metalų pagrindu pagamintų elektrodų kainos. Be to, PEM elementų tarnavimo laikas yra trumpesnis nei šarminių elementų. Ateityje reikia gerokai pagerinti PEM elementų gebėjimą gaminti vandenilį.
Įrašo laikas: 2023 m. vasario 2 d.