1966 yılında General Electric Şirketi, elektrolit olarak polimer membran kullanan, proton iletimi konseptine dayalı su elektrolitik hücresi geliştirdi. PEM hücreleri, 1978 yılında General Electric tarafından ticarileştirildi. Şu anda şirket, esas olarak sınırlı hidrojen üretimi, kısa ömrü ve yüksek yatırım maliyeti nedeniyle daha az PEM hücresi üretmektedir. Bir PEM hücresi bipolar bir yapıya sahiptir ve hücreler arasındaki elektriksel bağlantılar, üretilen gazların deşarjında önemli rol oynayan bipolar plakalar aracılığıyla yapılır. Anot, katot ve membran grubu, membran elektrot düzeneğini (MEA) oluşturur. Elektrot genellikle platin veya iridyum gibi değerli metallerden oluşur. Anotta, su oksitlenerek oksijen, elektron ve proton üretir. Katotta, anot tarafından üretilen oksijen, elektron ve protonlar membran boyunca katoda doğru dolaşır ve burada indirgenerek hidrojen gazı üretir. PEM elektrolizörünün prensibi şekilde gösterilmiştir.
PEM elektrolitik hücreler genellikle küçük ölçekli hidrojen üretimi için kullanılır ve maksimum hidrojen üretimi yaklaşık 30 Nm³/saat, güç tüketimi ise 174 kW'tır. Alkalin hücreyle karşılaştırıldığında, PEM hücrenin gerçek hidrojen üretim hızı neredeyse tüm limit aralığını kapsar. PEM hücre, alkalin hücreden daha yüksek akım yoğunluğunda, hatta 1,6 A/cm²'ye kadar çalışabilir ve elektrolitik verimlilik %48-%65 arasındadır. Polimer film yüksek sıcaklığa dayanıklı olmadığından, elektrolitik hücrenin sıcaklığı genellikle 80°C'nin altındadır. Hoeller elektrolizör, küçük PEM elektrolizörler için optimize edilmiş bir hücre yüzey teknolojisi geliştirmiştir. Hücreler, gereksinimlere göre tasarlanabilir, değerli metal miktarı azaltılabilir ve çalışma basıncı artırılabilir. PEM elektrolizörün ana avantajı, hidrojen üretiminin sağlanan enerjiyle neredeyse eş zamanlı olarak değişmesidir; bu da hidrojen talebindeki değişikliklere uygundur. Hoeller hücreleri, %0-100 yük derecelendirme değişikliklerine saniyeler içinde yanıt verir. Hoeller'in patentli teknolojisi doğrulama testlerinden geçiyor ve test tesisi 2020 yılının sonuna kadar inşa edilecek.
PEM hücreleri tarafından üretilen hidrojenin saflığı %99,99'a kadar çıkabilir; bu da alkali hücrelerden daha yüksektir. Ayrıca, polimer membranın son derece düşük gaz geçirgenliği, yanıcı karışımların oluşma riskini azaltarak elektrolizörün son derece düşük akım yoğunluklarında çalışmasına olanak tanır. Elektrolizöre verilen suyun iletkenliği 1 S/cm'den az olmalıdır. Polimer membran boyunca proton taşınımı güç dalgalanmalarına hızlı yanıt verdiğinden, PEM hücreleri farklı güç kaynağı modlarında çalışabilir. PEM hücresi ticarileştirilmiş olsa da, başlıca dezavantajları yüksek yatırım maliyeti ve hem membran hem de değerli metal bazlı elektrotların yüksek maliyetidir. Ayrıca, PEM hücrelerinin kullanım ömrü alkali hücrelerden daha kısadır. Gelecekte, PEM hücresinin hidrojen üretme kapasitesinin büyük ölçüde iyileştirilmesi gerekmektedir.
Yayın tarihi: 02 Şubat 2023