El 1966, General Electric Company va desenvolupar una cèl·lula electrolítica d'aigua basada en el concepte de conducció de protons, utilitzant una membrana de polímer com a electròlit. Les cèl·lules PEM van ser comercialitzades per General Electric l'any 1978. Actualment, l'empresa produeix menys cèl·lules PEM, principalment a causa de la seva producció limitada d'hidrogen, vida curta i alt cost d'inversió. Una cèl·lula PEM té una estructura bipolar i les connexions elèctriques entre cèl·lules es fan mitjançant plaques bipolars, que tenen un paper important en la descàrrega dels gasos generats. L'ànode, el càtode i el grup de membrana formen el conjunt d'elèctrodes de membrana (MEA). L'elèctrode sol estar compost de metalls preciosos com el platí o l'iridi. A l'ànode, l'aigua s'oxida per produir oxigen, electrons i protons. Al càtode, l'oxigen, els electrons i els protons produïts per l'ànode circulen per la membrana fins al càtode, on es redueixen per produir hidrogen gasós. El principi de l'electrolitzador PEM es mostra a la figura.
Les cèl·lules electrolítiques PEM s'utilitzen normalment per a la producció d'hidrogen a petita escala, amb una producció màxima d'hidrogen d'uns 30 Nm3/h i un consum d'energia de 174 kW. En comparació amb la cèl·lula alcalina, la velocitat real de producció d'hidrogen de la cèl·lula PEM gairebé cobreix tot el rang límit. La cèl·lula PEM pot funcionar a una densitat de corrent A més alta que la cel·la alcalina, fins i tot fins a 1,6 A/cm2, i l'eficiència electrolítica és del 48% al 65%. Com que la pel·lícula de polímer no és resistent a les altes temperatures, la temperatura de la cel·la electrolítica sovint és per sota dels 80 °C. L'electrolitzador Hoeller ha desenvolupat una tecnologia de superfície cel·lular optimitzada per a electrolitzadors PEM petits. Les cèl·lules es poden dissenyar segons els requisits, reduint la quantitat de metalls preciosos i augmentant la pressió de funcionament. El principal avantatge de l'electrolitzador PEM és que la producció d'hidrogen canvia gairebé de manera sincrònica amb l'energia subministrada, la qual cosa és adequada per al canvi de la demanda d'hidrogen. Les cèl·lules Hoeller responen als canvis de la capacitat de càrrega del 0 al 100% en segons. La tecnologia patentada de Hoeller està passant per proves de validació i la instal·lació de proves es construirà a finals de 2020.
La puresa de l'hidrogen produït per les cèl·lules PEM pot arribar al 99,99%, que és superior a la de les cèl·lules alcalines. A més, la permeabilitat als gasos extremadament baixa de la membrana del polímer redueix el risc de formar mescles inflamables, permetent que l'electrolitzador funcioni a densitats de corrent extremadament baixes. La conductivitat de l'aigua subministrada a l'electrolitzador ha de ser inferior a 1S/cm. Com que el transport de protons a través de la membrana del polímer respon ràpidament a les fluctuacions de potència, les cèl·lules PEM poden funcionar en diferents modes d'alimentació. Tot i que la cèl·lula PEM s'ha comercialitzat, té alguns inconvenients, principalment l'elevat cost d'inversió i l'elevat cost dels elèctrodes de membrana i metalls preciosos. A més, la vida útil de les cèl·lules PEM és més curta que la de les cèl·lules alcalines. En el futur, la capacitat de la cèl·lula PEM per produir hidrogen s'ha de millorar molt.
Hora de publicació: 02-feb-2023