V roku 1966 spoločnosť General Electric vyvinula vodný elektrolytický článok založený na koncepte protónového vedenia s použitím polymérnej membrány ako elektrolytu. PEM články boli komerčne dostupné spoločnosťou General Electric v roku 1978. V súčasnosti spoločnosť vyrába menej PEM článkov, najmä kvôli obmedzenej produkcii vodíka, krátkej životnosti a vysokým investičným nákladom. PEM článok má bipolárnu štruktúru a elektrické spojenia medzi článkami sú vytvorené prostredníctvom bipolárnych dosiek, ktoré hrajú dôležitú úlohu pri odvádzaní generovaných plynov. Anóda, katóda a membránová skupina tvoria zostavu membránovej elektródy (MEA). Elektróda sa zvyčajne skladá z drahých kovov, ako je platina alebo irídium. Na anóde sa voda oxiduje za vzniku kyslíka, elektrónov a protónov. Na katóde kyslík, elektróny a protóny produkované anódou cirkulujú cez membránu na katódu, kde sa redukujú za vzniku vodíka. Princíp PEM elektrolyzéra je znázornený na obrázku.
PEM elektrolyzéry sa zvyčajne používajú na výrobu vodíka v malom rozsahu s maximálnou produkciou vodíka približne 30 Nm3/h a spotrebou energie 174 kW. V porovnaní s alkalickými článkami skutočná rýchlosť produkcie vodíka v PEM článku takmer pokrýva celý rozsah limitov. PEM článok môže pracovať pri vyššej hustote prúdu ako alkalický článok, dokonca až do 1,6 A/cm2, a elektrolytická účinnosť je 48 % – 65 %. Pretože polymérny film nie je odolný voči vysokým teplotám, teplota elektrolyzéra je často pod 80 °C. Spoločnosť Hoeller vyvinula optimalizovanú technológiu povrchu článku pre malé PEM elektrolyzéry. Články je možné navrhnúť podľa požiadaviek, čím sa znižuje množstvo drahých kovov a zvyšuje prevádzkový tlak. Hlavnou výhodou PEM elektrolyzéra je, že produkcia vodíka sa mení takmer synchrónne s dodávanou energiou, čo je vhodné pre zmenu dopytu po vodíku. Hoeller články reagujú na zmeny zaťaženia 0 – 100 % v priebehu niekoľkých sekúnd. Patentovaná technológia spoločnosti Hoeller prechádza validačnými testami a testovacie zariadenie bude postavené do konca roka 2020.
Čistota vodíka produkovaného PEM článkami môže dosiahnuť až 99,99 %, čo je vyššia hodnota ako pri alkalických článkoch. Okrem toho extrémne nízka priepustnosť plynov polymérnou membránou znižuje riziko tvorby horľavých zmesí, čo umožňuje elektrolyzéru pracovať pri extrémne nízkych prúdových hustotách. Vodivosť vody dodávanej do elektrolyzéra musí byť menšia ako 1 S/cm. Pretože transport protónov cez polymérnu membránu rýchlo reaguje na kolísanie výkonu, PEM články môžu pracovať v rôznych režimoch napájania. Hoci PEM článok bol komerčne dostupný, má určité nevýhody, najmä vysoké investičné náklady a vysoké náklady na membránu aj elektródy na báze drahých kovov. Okrem toho je životnosť PEM článkov kratšia ako u alkalických článkov. V budúcnosti je potrebné výrazne zlepšiť kapacitu PEM článku na výrobu vodíka.
Čas uverejnenia: 2. februára 2023