ในปี 1966 บริษัท General Electric ได้พัฒนาเซลล์อิเล็กโทรไลต์น้ำตามแนวคิดการนำโปรตอน โดยใช้เมมเบรนโพลีเมอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์ เซลล์ PEM ถูกจำหน่ายโดย General Electric ในปี 1978 ปัจจุบัน บริษัทผลิตเซลล์ PEM น้อยลง เนื่องจากการผลิตไฮโดรเจนมีจำกัด อายุการใช้งานสั้น และต้นทุนการลงทุนสูง เซลล์ PEM มีโครงสร้างแบบสองขั้ว และการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างเซลล์ทำผ่านแผ่นสองขั้ว ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการระบายก๊าซที่เกิดขึ้น ขั้วบวก ขั้วลบ และกลุ่มเมมเบรนประกอบกันเป็นชุดอิเล็กโทรดเมมเบรน (MEA) อิเล็กโทรดมักประกอบด้วยโลหะมีค่า เช่น แพลตตินัมหรืออิริเดียม ที่ขั้วบวก น้ำจะถูกออกซิไดซ์เพื่อผลิตออกซิเจน อิเล็กตรอน และโปรตอน ที่ขั้วลบ ออกซิเจน อิเล็กตรอน และโปรตอนที่ผลิตโดยขั้วบวกจะหมุนเวียนผ่านเมมเบรนไปยังขั้วลบ ซึ่งจะถูกทำให้ลดลงเพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจน หลักการของเครื่องอิเล็กโทรไลต์ PEM แสดงไว้ในรูปภาพ
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ PEM มักใช้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนขนาดเล็ก โดยสามารถผลิตไฮโดรเจนได้สูงสุดประมาณ 30Nm3/ชม. และใช้พลังงาน 174kW เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์อัลคาไลน์ อัตราการผลิตไฮโดรเจนจริงของเซลล์ PEM ครอบคลุมช่วงขีดจำกัดเกือบทั้งหมด เซลล์ PEM สามารถทำงานที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงกว่าเซลล์อัลคาไลน์ได้ มากถึง 1.6A/cm2 และประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 48%-65% เนื่องจากฟิล์มโพลีเมอร์ไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง อุณหภูมิของเซลล์อิเล็กโทรไลต์จึงมักจะต่ำกว่า 80°C เครื่องอิเล็กโทรไลต์ Hoeller ได้พัฒนาเทคโนโลยีพื้นผิวเซลล์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเครื่องอิเล็กโทรไลต์ PEM ขนาดเล็ก เซลล์สามารถออกแบบได้ตามข้อกำหนด ลดปริมาณโลหะมีค่าและเพิ่มแรงดันในการทำงาน ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องอิเล็กโทรไลต์ PEM คือ การผลิตไฮโดรเจนเปลี่ยนแปลงเกือบจะพร้อมกันกับพลังงานที่จ่าย ซึ่งเหมาะสมกับการเปลี่ยนแปลงความต้องการไฮโดรเจน เซลล์ Hoeller ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงค่าโหลด 0-100% ในไม่กี่วินาที เทคโนโลยีที่ได้รับสิทธิบัตรของ Hoeller กำลังอยู่ระหว่างการทดสอบการตรวจสอบ และศูนย์ทดสอบจะสร้างขึ้นภายในสิ้นปี 2020
ความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนที่ผลิตโดยเซลล์ PEM สามารถสูงถึง 99.99% ซึ่งสูงกว่าเซลล์อัลคาไลน์ นอกจากนี้ การซึมผ่านของก๊าซที่ต่ำมากของเมมเบรนโพลีเมอร์ช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดส่วนผสมที่ติดไฟได้ ทำให้เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์สามารถทำงานได้ที่ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าต่ำมาก ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำที่จ่ายไปยังเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ต้องน้อยกว่า 1S/cm เนื่องจากการขนส่งโปรตอนผ่านเมมเบรนโพลีเมอร์ตอบสนองต่อความผันผวนของพลังงานได้อย่างรวดเร็ว เซลล์ PEM จึงสามารถทำงานในโหมดแหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกันได้ แม้ว่าเซลล์ PEM จะเข้าสู่ตลาดเชิงพาณิชย์แล้ว แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้นทุนการลงทุนที่สูงและค่าใช้จ่ายสูงของทั้งเมมเบรนและอิเล็กโทรดที่ใช้โลหะมีค่า นอกจากนี้ อายุการใช้งานของเซลล์ PEM ยังสั้นกว่าเซลล์อัลคาไลน์ ในอนาคต ความสามารถในการผลิตไฮโดรเจนของเซลล์ PEM จะต้องได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
เวลาโพสต์ : 02-02-2023