En 1966, a General Electric Company desenvolveu unha célula electrolítica de auga baseada no concepto de condución de protóns, utilizando membranas de polímero como electrólito. As células PEM foron comercializadas por General Electric en 1978. Actualmente, a compañía produce menos células PEM, principalmente pola súa produción limitada de hidróxeno, vida curta e alto custo de investimento. Unha célula PEM ten unha estrutura bipolar e as conexións eléctricas entre as células realízanse a través de placas bipolares, que xogan un papel importante na descarga dos gases xerados. O grupo ánodo, cátodo e membrana forman o conxunto de electrodos de membrana (MEA). O electrodo adoita estar composto por metais preciosos como platino ou iridio. No ánodo, a auga é oxidada para producir osíxeno, electróns e protóns. No cátodo, o osíxeno, os electróns e os protóns producidos polo ánodo circulan pola membrana ata o cátodo, onde se reducen para producir gas hidróxeno. O principio do electrolizador PEM móstrase na figura.
As celas electrolíticas PEM adoitan utilizarse para a produción de hidróxeno a pequena escala, cunha produción máxima de hidróxeno duns 30 Nm3/h e un consumo de enerxía de 174 kW. En comparación coa célula alcalina, a taxa de produción real de hidróxeno da célula PEM cobre case todo o rango límite. A célula PEM pode traballar cunha densidade de corrente A maior que a célula alcalina, incluso ata 1,6 A/cm2, e a eficiencia electrolítica é do 48%-65%. Debido a que a película de polímero non é resistente ás altas temperaturas, a temperatura da cela electrolítica adoita estar por debaixo dos 80 °C. O electrolizador Hoeller desenvolveu unha tecnoloxía de superficie celular optimizada para pequenos electrolizadores PEM. As celas poden deseñarse segundo os requisitos, reducindo a cantidade de metais preciosos e aumentando a presión de funcionamento. A principal vantaxe do electrolizador PEM é que a produción de hidróxeno cambia case de forma sincronizada coa enerxía subministrada, o que é adecuado para o cambio da demanda de hidróxeno. As células Hoeller responden a cambios de carga de 0-100% en segundos. A tecnoloxía patentada de Hoeller está a someterse a probas de validación e a instalación de probas construirase a finais de 2020.
A pureza do hidróxeno producido polas células PEM pode chegar ao 99,99 %, o que é superior á das células alcalinas. Ademais, a extremadamente baixa permeabilidade aos gases da membrana polimérica reduce o risco de formar mesturas inflamables, o que permite que o electrolizador funcione con densidades de corrente extremadamente baixas. A condutividade da auga subministrada ao electrolizador debe ser inferior a 1S/cm. Debido a que o transporte de protóns a través da membrana polimérica responde rapidamente ás flutuacións de enerxía, as células PEM poden funcionar en diferentes modos de subministración de enerxía. Aínda que a célula PEM foi comercializada, ten algunhas desvantaxes, principalmente o alto custo de investimento e o alto gasto tanto dos electrodos de membrana como de metais preciosos. Ademais, a vida útil das células PEM é máis curta que a das células alcalinas. No futuro, a capacidade da célula PEM para producir hidróxeno debe mellorarse moito.
Hora de publicación: 02-02-2023