Године 1966, компанија Џенерал Електрик развила је електролитичку ћелију за воду засновану на концепту протонске проводљивости, користећи полимерну мембрану као електролит. ПЕМ ћелије је комерцијализовао Џенерал Електрик 1978. године. Тренутно, компанија производи мање ПЕМ ћелија, углавном због ограничене производње водоника, кратког века трајања и високих инвестиционих трошкова. ПЕМ ћелија има биполарну структуру, а електричне везе између ћелија се остварују преко биполарних плоча, које играју важну улогу у испуштању генерисаних гасова. Анода, катода и мембранска група чине склоп мембранске електроде (МЕА). Електрода је обично састављена од племенитих метала као што су платина или иридијум. На аноди се вода оксидује да би се произвео кисеоник, електрони и протони. На катоди, кисеоник, електрони и протони које производи анода циркулишу кроз мембрану до катоде, где се редукују да би се произвео водоник. Принцип ПЕМ електролизера је приказан на слици.
ПЕМ електролитичке ћелије се обично користе за производњу водоника у малим размерама, са максималном производњом водоника од око 30 Нм3/х и потрошњом енергије од 174 кВ. У поређењу са алкалним ћелијама, стварна брзина производње водоника у ПЕМ ћелији покрива скоро цео гранични опсег. ПЕМ ћелија може да ради на већој густини струје од алкалне ћелије, чак и до 1,6 А/цм2, а електролитичка ефикасност је 48%-65%. Пошто полимерни филм није отпоран на високе температуре, температура електролитичке ћелије је често испод 80°C. Холер електролизер је развио оптимизовану технологију површине ћелије за мале ПЕМ електролизере. Ћелије се могу пројектовати према захтевима, смањујући количину племенитих метала и повећавајући радни притисак. Главна предност ПЕМ електролизера је у томе што се производња водоника мења готово синхроно са испорученом енергијом, што је погодно за промену потражње за водоником. Холер ћелије реагују на промене оптерећења од 0-100% за неколико секунди. Хелерова патентирана технологија тренутно пролази кроз валидационе тестове, а тестни објекат ће бити изграђен до краја 2020. године.
Чистоћа водоника произведеног PEM ћелијама може бити и до 99,99%, што је више него код алкалних ћелија. Поред тога, изузетно ниска пропустљивост гаса полимерне мембране смањује ризик од формирања запаљивих смеша, омогућавајући електролизеру да ради на изузетно ниским густинама струје. Проводљивост воде која се доводи у електролизер мора бити мања од 1S/cm. Пошто транспорт протона кроз полимерну мембрану брзо реагује на флуктуације снаге, PEM ћелије могу да раде у различитим режимима напајања. Иако је PEM ћелија комерцијализована, она има неке недостатке, углавном високе инвестиционе трошкове и високе трошкове и мембране и електрода на бази племенитих метала. Поред тога, век трајања PEM ћелија је краћи него код алкалних ћелија. У будућности, капацитет PEM ћелија за производњу водоника треба значајно побољшати.
Време објаве: 02. фебруар 2023.