Vuonna 1966 General Electric Company kehitti protonien johtumiskonseptiin perustuvan vesielektrolyyttikennon, jossa käytettiin polymeerikalvoa elektrolyyttinä. General Electric kaupallisti PEM-kennot vuonna 1978. Tällä hetkellä yritys tuottaa vähemmän PEM-kennoja pääasiassa rajoitetun vedyn tuotannon, lyhyen käyttöiän ja korkeiden investointikustannusten vuoksi. PEM-kennolla on kaksinapainen rakenne, ja kennojen väliset sähköiset kytkennät tehdään bipolaaristen levyjen kautta, joilla on tärkeä rooli syntyvien kaasujen purkamisessa. Anodi, katodi ja kalvoryhmä muodostavat kalvoelektrodikokoonpanon (MEA). Elektrodi koostuu yleensä jalometalleista, kuten platinasta tai iridiumista. Anodilla vesi hapetetaan tuottamaan happea, elektroneja ja protoneja. Katodilla anodin tuottama happi, elektronit ja protonit kiertävät kalvon läpi katodille, jossa ne pelkistyvät vetykaasuksi. PEM-elektrolysaattorin toimintaperiaate on esitetty kuvassa.
PEM-elektrolyyttikennoja käytetään yleensä pienimuotoiseen vedyn tuotantoon, jolloin vedyn maksimituotanto on noin 30 Nm3/h ja tehonkulutus 174 kW. Alkalikennoon verrattuna PEM-kennon todellinen vedyn tuotantonopeus kattaa lähes koko raja-alueen. PEM-kenno voi toimia A suuremmalla virrantiheydellä kuin alkalikenno, jopa 1,6 A/cm2, ja elektrolyyttinen hyötysuhde on 48–65%. Koska polymeerikalvo ei kestä korkeita lämpötiloja, elektrolyyttikennon lämpötila on usein alle 80 °C. Hoeller-elektrolysaattori on kehittänyt optimoidun kennopintateknologian pienille PEM-elektrolysaattoreille. Kennot voidaan suunnitella vaatimusten mukaan vähentäen jalometallien määrää ja lisäämällä käyttöpainetta. PEM-elektrolysaattorin tärkein etu on se, että vedyn tuotanto muuttuu lähes synkronisesti syötettävän energian kanssa, mikä sopii vedyn tarpeen muutokseen. Hoeller-solut reagoivat 0-100 % kuormitusluokituksen muutoksiin sekunneissa. Hoellerin patentoitu tekniikka on validointitestauksessa ja testauslaitos rakennetaan vuoden 2020 loppuun mennessä.
PEM-solujen tuottaman vedyn puhtaus voi olla jopa 99,99 %, mikä on korkeampi kuin alkalisolujen. Lisäksi polymeerikalvon erittäin alhainen kaasunläpäisevyys vähentää syttyvien seosten muodostumisen riskiä, jolloin elektrolysaattori voi toimia erittäin alhaisilla virrantiheyksillä. Elektrolysaattoriin syötettävän veden johtavuuden tulee olla alle 1S/cm. Koska protonikuljetus polymeerikalvon läpi reagoi nopeasti tehonvaihteluihin, PEM-solut voivat toimia eri virransyöttötiloissa. Vaikka PEM-kenno on kaupallistettu, sillä on joitain haittoja, pääasiassa korkeat investointikustannukset ja sekä kalvo- että jalometallipohjaisten elektrodien korkeat kustannukset. Lisäksi PEM-kennojen käyttöikä on lyhyempi kuin alkalikennojen. Tulevaisuudessa PEM-kennon kykyä tuottaa vetyä on parannettava huomattavasti.
Postitusaika: 2.2.2023