Pada tahun 1966, Syarikat General Electric telah membangunkan sel elektrolitik air berdasarkan konsep pengaliran proton, menggunakan membran polimer sebagai elektrolit. Sel PEM telah dikomersialkan oleh General Electric pada tahun 1978. Pada masa ini, syarikat itu menghasilkan lebih sedikit sel PEM, terutamanya kerana pengeluaran hidrogen yang terhad, jangka hayat yang pendek dan kos pelaburan yang tinggi. Sel PEM mempunyai struktur bipolar, dan sambungan elektrik antara sel dibuat melalui plat bipolar, yang memainkan peranan penting dalam melepaskan gas yang dihasilkan. Kumpulan anod, katod dan membran membentuk pemasangan elektrod membran (MEA). Elektrod biasanya terdiri daripada logam berharga seperti platinum atau iridium. Di anod, air dioksidakan untuk menghasilkan oksigen, elektron dan proton. Di katod, oksigen, elektron dan proton yang dihasilkan oleh anod beredar melalui membran ke katod, di mana ia dikurangkan untuk menghasilkan gas hidrogen. Prinsip elektrolisis PEM ditunjukkan dalam rajah.
Sel elektrolisis PEM biasanya digunakan untuk penghasilan hidrogen berskala kecil, dengan penghasilan hidrogen maksimum kira-kira 30Nm3/j dan penggunaan kuasa 174kW. Berbanding dengan sel alkali, kadar penghasilan hidrogen sebenar sel PEM hampir meliputi keseluruhan julat had. Sel PEM boleh berfungsi pada ketumpatan arus yang lebih tinggi daripada sel alkali, malah sehingga 1.6A/cm2, dan kecekapan elektrolisis ialah 48%-65%. Oleh kerana filem polimer tidak tahan terhadap suhu tinggi, suhu sel elektrolisis selalunya di bawah 80°C. Elektrolisis Hoeller telah membangunkan teknologi permukaan sel yang dioptimumkan untuk elektrolisis PEM kecil. Sel boleh direka bentuk mengikut keperluan, mengurangkan jumlah logam berharga dan meningkatkan tekanan operasi. Kelebihan utama elektrolisis PEM ialah penghasilan hidrogen berubah hampir serentak dengan tenaga yang dibekalkan, yang sesuai untuk perubahan permintaan hidrogen. Sel Hoeller bertindak balas terhadap perubahan penarafan beban 0-100% dalam beberapa saat. Teknologi berpaten Hoeller sedang menjalani ujian pengesahan dan kemudahan ujian akan dibina menjelang akhir tahun 2020.
Ketulenan hidrogen yang dihasilkan oleh sel PEM boleh mencapai setinggi 99.99%, iaitu lebih tinggi daripada sel alkali. Di samping itu, kebolehtelapan gas yang sangat rendah pada membran polimer mengurangkan risiko pembentukan campuran mudah terbakar, membolehkan elektrolisis beroperasi pada ketumpatan arus yang sangat rendah. Kekonduksian air yang dibekalkan kepada elektrolisis mestilah kurang daripada 1S/cm. Oleh kerana pengangkutan proton merentasi membran polimer bertindak balas dengan cepat terhadap turun naik kuasa, sel PEM boleh beroperasi dalam mod bekalan kuasa yang berbeza. Walaupun sel PEM telah dikomersialkan, ia mempunyai beberapa kelemahan, terutamanya kos pelaburan yang tinggi dan perbelanjaan yang tinggi untuk kedua-dua elektrod berasaskan membran dan logam berharga. Di samping itu, jangka hayat sel PEM adalah lebih pendek daripada sel alkali. Pada masa hadapan, kapasiti sel PEM untuk menghasilkan hidrogen perlu dipertingkatkan dengan ketara.
Masa siaran: 02-Feb-2023