У 1966 годзе кампанія General Electric распрацавала вадзяны электралітычны элемент на аснове канцэпцыі пратоннай праводнасці з выкарыстаннем палімернай мембраны ў якасці электраліта. Элементы PEM былі камерцыялізаваны General Electric у 1978 годзе. У цяперашні час кампанія вырабляе менш элементаў PEM, у асноўным з-за абмежаванай вытворчасці вадароду, кароткага тэрміну службы і высокіх інвестыцыйных выдаткаў. Ячэйка PEM мае біпалярную структуру, і электрычныя злучэнні паміж клеткамі ажыццяўляюцца праз біпалярныя пласціны, якія гуляюць важную ролю ў разрадзе ўтвараемых газаў. Група анода, катода і мембраны ўтварае зборку мембраннага электрода (MEA). Электрод звычайна складаецца з каштоўных металаў, такіх як плаціна або ірыдый. На анодзе вада акісляецца з адукацыяй кіслароду, электронаў і пратонаў. На катодзе кісларод, электроны і пратоны, якія выпрацоўваюцца анодам, цыркулююць праз мембрану да катода, дзе яны аднаўляюцца з адукацыяй вадароду. Прынцып электралізера PEM паказаны на малюнку.
Электралітычныя элементы PEM звычайна выкарыстоўваюцца для дробнамаштабнай вытворчасці вадароду з максімальнай прадукцыяй вадароду каля 30 Нм3/г і спажыванай магутнасцю 174 кВт. У параўнанні са шчолачнай ячэйкай, фактычная хуткасць вытворчасці вадароду ў ячэйцы PEM амаль ахоплівае ўвесь лімітавы дыяпазон. Элемент PEM можа працаваць пры больш высокай шчыльнасці току, чым шчолачны элемент, нават да 1,6 А/см2, а электралітычная эфектыўнасць складае 48%-65%. Паколькі палімерная плёнка не ўстойлівая да высокай тэмпературы, тэмпература электралітычнай ячэйкі часта ніжэй за 80°C. Кампанія Hoeller electrolyzer распрацавала аптымізаваную тэхналогію паверхні ячэек для невялікіх электралізераў PEM. Ячэйкі можна канструяваць у адпаведнасці з патрабаваннямі, памяншаючы колькасць каштоўных металаў і павялічваючы працоўны ціск. Асноўная перавага электролізера PEM заключаецца ў тым, што выпрацоўка вадароду змяняецца амаль сінхронна з паступленнем энергіі, што адпавядае змене патрэбнасці ў вадародзе. Элементы Hoeller рэагуюць на змены нагрузкі 0-100% за секунды. Запатэнтаваная тэхналогія Hoeller праходзіць праверачныя выпрабаванні, і выпрабавальны комплекс будзе пабудаваны да канца 2020 года.
Чысціня вадароду, які выпрацоўваецца элементамі PEM, можа дасягаць 99,99%, што вышэй, чым у шчолачных элементах. Акрамя таго, надзвычай нізкая газапранікальнасць палімернай мембраны зніжае рызыку адукацыі лёгкаўзгаральных сумесяў, што дазваляе электролізеру працаваць пры надзвычай нізкай шчыльнасці току. Праводнасць вады, якая падаецца ў электралізер, павінна быць менш за 1С/см. Паколькі транспарт пратонаў праз палімерную мембрану хутка рэагуе на ваганні магутнасці, клеткі PEM могуць працаваць у розных рэжымах электразабеспячэння. Нягледзячы на тое, што клетка PEM была камерцыялізавана, яна мае некаторыя недахопы, у асноўным высокія інвестыцыйныя выдаткі і высокі кошт як мембраны, так і электродаў на аснове каштоўных металаў. Акрамя таго, тэрмін службы элементаў PEM карацей, чым у шчолачных элементаў. У будучыні здольнасць клетак PEM вырабляць вадарод павінна быць значна палепшана.
Час публікацыі: 2 лютага 2023 г