1966. gadā uzņēmums General Electric izstrādāja ūdens elektrolītisko šūnu, kuras pamatā ir protonu vadīšanas koncepcija, izmantojot polimēra membrānu kā elektrolītu. PEM šūnas General Electric komercializēja 1978. gadā. Pašlaik uzņēmums ražo mazāk PEM šūnu, galvenokārt ierobežotās ūdeņraža ražošanas, īsā kalpošanas laika un augsto investīciju izmaksu dēļ. PEM šūnai ir bipolāra struktūra, un elektriskie savienojumi starp šūnām tiek veidoti, izmantojot bipolāras plāksnes, kurām ir svarīga loma ģenerēto gāzu izvadīšanā. Anods, katods un membrānas grupa veido membrānas elektrodu mezglu (MEA). Elektrods parasti sastāv no dārgmetāliem, piemēram, platīna vai irīdija. Anodā ūdens tiek oksidēts, veidojot skābekli, elektronus un protonus. Katodā anoda radītais skābeklis, elektroni un protoni cirkulē caur membrānu uz katodu, kur tie tiek reducēti, veidojot ūdeņraža gāzi. PEM elektrolizatora princips ir parādīts attēlā.
PEM elektrolītiskās šūnas parasti izmanto neliela mēroga ūdeņraža ražošanai, un to maksimālā ūdeņraža ražošana ir aptuveni 30 Nm3/h un enerģijas patēriņš ir 174 kW. Salīdzinot ar sārma elementu, PEM elementa faktiskais ūdeņraža ražošanas ātrums gandrīz aptver visu robežu diapazonu. PEM elements var darboties ar lielāku strāvas blīvumu nekā sārma elements, pat līdz 1,6 A/cm2, un elektrolītiskā efektivitāte ir 48–65%. Tā kā polimēra plēve nav izturīga pret augstu temperatūru, elektrolītiskās šūnas temperatūra bieži vien ir zem 80 °C. Hoeller elektrolizators ir izstrādājis optimizētu šūnu virsmas tehnoloģiju maziem PEM elektrolizatoriem. Šūnas var konstruēt atbilstoši prasībām, samazinot dārgmetālu daudzumu un palielinot darba spiedienu. PEM elektrolizatora galvenā priekšrocība ir tā, ka ūdeņraža ražošana mainās gandrīz sinhroni ar piegādāto enerģiju, kas ir piemērots ūdeņraža pieprasījuma izmaiņām. Hoeller elementi reaģē uz 0–100% slodzes izmaiņām sekundēs. Hoellera patentētā tehnoloģija pašlaik tiek validēta, un testēšanas iekārta tiks uzbūvēta līdz 2020. gada beigām.
PEM šūnu saražotā ūdeņraža tīrība var sasniegt pat 99,99%, kas ir augstāka nekā sārmainās šūnās. Turklāt polimēra membrānas ārkārtīgi zemā gāzu caurlaidība samazina viegli uzliesmojošu maisījumu veidošanās risku, ļaujot elektrolizatoram darboties ar ārkārtīgi zemu strāvas blīvumu. Elektrolizatoram piegādātā ūdens vadītspējai jābūt mazākai par 1S/cm. Tā kā protonu transports pāri polimēra membrānai ātri reaģē uz jaudas svārstībām, PEM šūnas var darboties dažādos barošanas režīmos. Lai gan PEM šūna ir komercializēta, tai ir daži trūkumi, galvenokārt augstās investīciju izmaksas un gan membrānas, gan dārgmetālu elektrodu augstās izmaksas. Turklāt PEM šūnu kalpošanas laiks ir īsāks nekā sārmainās šūnām. Nākotnē PEM šūnu spēja ražot ūdeņradi ir ievērojami jāuzlabo.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 2. februāris