Leta 1966 je podjetje General Electric razvilo vodno elektrolizno celico, ki temelji na konceptu protonske prevodnosti in uporablja polimerno membrano kot elektrolit. Celice PEM je General Electric komercializiral leta 1978. Trenutno podjetje proizvaja manj celic PEM, predvsem zaradi omejene proizvodnje vodika, kratke življenjske dobe in visokih investicijskih stroškov. Celica PEM ima bipolarno strukturo, električne povezave med celicami pa so vzpostavljene prek bipolarnih plošč, ki igrajo pomembno vlogo pri odvajanju nastalih plinov. Anoda, katoda in membranska skupina tvorijo sklop membranske elektrode (MEA). Elektroda je običajno sestavljena iz plemenitih kovin, kot sta platina ali iridij. Na anodi se voda oksidira, da nastane kisik, elektroni in protoni. Na katodi kisik, elektroni in protoni, ki jih proizvaja anoda, krožijo skozi membrano do katode, kjer se reducirajo, da nastane vodikov plin. Načelo elektrolizatorja PEM je prikazano na sliki.
Elektrolitske celice PEM se običajno uporabljajo za proizvodnjo vodika v majhnem obsegu, z največjo proizvodnjo vodika približno 30 Nm3/h in porabo energije 174 kW. V primerjavi z alkalnimi celicami dejanska hitrost proizvodnje vodika celic PEM pokriva skoraj celotno mejno območje. Celica PEM lahko deluje pri višji gostoti toka kot alkalna celica, celo do 1,6 A/cm2, elektrolitska učinkovitost pa je 48 %–65 %. Ker polimerni film ni odporen na visoke temperature, je temperatura elektrolitske celice pogosto pod 80 °C. Hoellerjev elektrolizator je razvil optimizirano tehnologijo površine celic za majhne elektrolizatorje PEM. Celice je mogoče zasnovati glede na zahteve, kar zmanjša količino plemenitih kovin in poveča delovni tlak. Glavna prednost elektrolizatorja PEM je, da se proizvodnja vodika spreminja skoraj sinhrono z dovedeno energijo, kar je primerno za spremembo potreb po vodiku. Hoellerjeve celice se v nekaj sekundah odzovejo na spremembe obremenitve od 0 do 100 %. Hoellerjeva patentirana tehnologija je v postopku validacijskih testov, testni objekt pa bo zgrajen do konca leta 2020.
Čistost vodika, ki ga proizvajajo PEM celice, lahko doseže 99,99 %, kar je več kot pri alkalnih celicah. Poleg tega izjemno nizka prepustnost plinov polimerne membrane zmanjšuje tveganje za nastanek vnetljivih zmesi, kar omogoča delovanje elektrolizatorja pri izjemno nizkih gostotah toka. Prevodnost vode, ki se dovaja v elektrolizator, mora biti manjša od 1S/cm. Ker se transport protonov skozi polimerno membrano hitro odziva na nihanja moči, lahko PEM celice delujejo v različnih načinih napajanja. Čeprav so PEM celice komercializirane, imajo nekatere pomanjkljivosti, predvsem visoke investicijske stroške in visoke stroške membrane in elektrod na osnovi plemenitih kovin. Poleg tega je življenjska doba PEM celic krajša kot pri alkalnih celicah. V prihodnosti je treba močno izboljšati zmogljivost PEM celic za proizvodnjo vodika.
Čas objave: 2. februar 2023