General Electric Company je 1966. godine razvila vodenu elektrolitičku ćeliju zasnovanu na konceptu protonske provodljivosti, koristeći polimernu membranu kao elektrolit. PEM ćelije su komercijalizovane od strane General Electrica 1978. Trenutno, kompanija proizvodi manje PEM ćelija, uglavnom zbog ograničene proizvodnje vodonika, kratkog veka trajanja i visokih troškova ulaganja. PEM ćelija ima bipolarnu strukturu, a električne veze između ćelija su napravljene preko bipolarnih ploča, koje igraju važnu ulogu u pražnjenju nastalih gasova. Anoda, katoda i membranska grupa čine sklop membranske elektrode (MEA). Elektroda se obično sastoji od plemenitih metala kao što su platina ili iridijum. Na anodi se voda oksidira kako bi se proizveo kisik, elektroni i protoni. Na katodi, kisik, elektroni i protoni koje proizvodi anoda cirkuliraju kroz membranu do katode, gdje se redukuju da bi se proizveo plinoviti vodik. Princip rada PEM elektrolizera prikazan je na slici.
PEM elektrolitičke ćelije se obično koriste za malu proizvodnju vodonika, sa maksimalnom proizvodnjom vodonika od oko 30Nm3/h i potrošnjom energije od 174kW. U poređenju sa alkalnom ćelijom, stvarna brzina proizvodnje vodonika u PEM ćeliji skoro pokriva čitav granični opseg. PEM ćelija može raditi na većoj gustini struje od alkalne ćelije, čak i do 1,6 A/cm2, a elektrolitička efikasnost je 48%-65%. Budući da polimerni film nije otporan na visoke temperature, temperatura elektrolitičke ćelije je često ispod 80°C. Hoeller electrolyzer je razvio optimiziranu tehnologiju površine ćelije za male PEM elektrolizere. Ćelije se mogu dizajnirati prema zahtjevima, smanjujući količinu plemenitih metala i povećavajući radni pritisak. Glavna prednost PEM elektrolizera je da se proizvodnja vodonika mijenja gotovo sinhrono sa isporučenom energijom, što je pogodno za promjenu potražnje za vodonikom. Hoeller ćelije reaguju na promjene opterećenja od 0-100% u sekundama. Hoellerova patentirana tehnologija prolazi kroz validacijske testove, a postrojenje će biti izgrađeno do kraja 2020.
Čistoća vodonika proizvedenog u PEM ćelijama može biti čak 99,99%, što je više nego kod alkalnih ćelija. Osim toga, izuzetno niska propusnost plina polimerne membrane smanjuje rizik od formiranja zapaljivih smjesa, omogućavajući elektrolizeru da radi pri ekstremno niskim gustoćama struje. Provodljivost vode koja se dovodi u elektrolizator mora biti manja od 1S/cm. Budući da transport protona kroz polimernu membranu brzo reaguje na fluktuacije snage, PEM ćelije mogu raditi u različitim režimima napajanja. Iako je PEM ćelija komercijalizirana, ona ima neke nedostatke, uglavnom visoke troškove ulaganja i visok trošak elektroda na bazi membrane i plemenitih metala. Osim toga, životni vijek PEM ćelija je kraći od vijeka trajanja alkalnih ćelija. U budućnosti, kapacitet PEM ćelije za proizvodnju vodonika treba znatno poboljšati.
Vrijeme objave: Feb-02-2023