În 1966, compania General Electric a dezvoltat o celulă electrolitică pentru apă bazată pe conceptul de conducere protonică, utilizând o membrană polimerică ca electrolit. Celulele PEM au fost comercializate de General Electric în 1978. În prezent, compania produce mai puține celule PEM, în principal din cauza producției limitate de hidrogen, a duratei de viață scurte și a costurilor ridicate de investiție. O celulă PEM are o structură bipolară, iar conexiunile electrice dintre celule se realizează prin plăci bipolare, care joacă un rol important în descărcarea gazelor generate. Anodul, catodul și grupul de membrane formează ansamblul electrodului-membrană (MEA). Electrodul este de obicei compus din metale prețioase, cum ar fi platina sau iridiul. La anod, apa este oxidată pentru a produce oxigen, electroni și protoni. La catod, oxigenul, electronii și protonii produși de anod circulă prin membrană către catod, unde sunt reduși pentru a produce hidrogen gazos. Principiul electrolizorului PEM este prezentat în figură.
Celulele electrolitice PEM sunt de obicei utilizate pentru producerea de hidrogen la scară mică, cu o producție maximă de hidrogen de aproximativ 30 Nm3/h și un consum de energie de 174 kW. Comparativ cu celula alcalină, rata reală de producție de hidrogen a celulei PEM acoperă aproape întregul interval limită. Celula PEM poate funcționa la o densitate de curent mai mare decât celula alcalină, chiar până la 1,6 A/cm2, iar eficiența electrolitică este de 48%-65%. Deoarece pelicula polimerică nu este rezistentă la temperaturi ridicate, temperatura celulei electrolitice este adesea sub 80°C. Electrolizorul Hoeller a dezvoltat o tehnologie optimizată a suprafeței celulelor pentru electrolizoare PEM mici. Celulele pot fi proiectate în funcție de cerințe, reducând cantitatea de metale prețioase și crescând presiunea de funcționare. Principalul avantaj al electrolizorului PEM este că producția de hidrogen se modifică aproape sincron cu energia furnizată, ceea ce este potrivit pentru schimbarea cererii de hidrogen. Celulele Hoeller răspund la schimbări de sarcină nominală de 0-100% în câteva secunde. Tehnologia brevetată de Hoeller este în curs de testare, iar instalația de testare va fi construită până la sfârșitul anului 2020.
Puritatea hidrogenului produs de celulele PEM poate ajunge până la 99,99%, ceea ce este mai mare decât cea a celulelor alcaline. În plus, permeabilitatea extrem de scăzută la gaze a membranei polimerice reduce riscul formării de amestecuri inflamabile, permițând electrolizorului să funcționeze la densități de curent extrem de mici. Conductivitatea apei furnizate electrolizorului trebuie să fie mai mică de 1S/cm. Deoarece transportul protonilor prin membrana polimerică răspunde rapid la fluctuațiile de putere, celulele PEM pot funcționa în diferite moduri de alimentare. Deși celula PEM a fost comercializată, aceasta prezintă unele dezavantaje, în principal costul ridicat al investiției și cheltuielile mari atât pentru electrozii pe bază de membrană, cât și pentru cei pe bază de metale prețioase. În plus, durata de viață a celulelor PEM este mai scurtă decât cea a celulelor alcaline. În viitor, capacitatea celulei PEM de a produce hidrogen trebuie îmbunătățită considerabil.
Data publicării: 02 februarie 2023