Godine 1966. tvrtka General Electric razvila je vodenu elektrolitičku ćeliju temeljenu na konceptu protonske vodljivosti, koristeći polimernu membranu kao elektrolit. PEM ćelije komercijalizirao je General Electric 1978. Trenutno tvrtka proizvodi manje PEM ćelija, uglavnom zbog ograničene proizvodnje vodika, kratkog vijeka trajanja i visokih troškova ulaganja. PEM ćelija ima bipolarnu strukturu, a električne veze među ćelijama ostvaruju se preko bipolarnih ploča koje igraju važnu ulogu u pražnjenju generiranih plinova. Skupina anode, katode i membrane čine sklop membranske elektrode (MEA). Elektroda se obično sastoji od plemenitih metala kao što su platina ili iridij. Na anodi se voda oksidira i proizvodi kisik, elektrone i protone. Na katodi, kisik, elektroni i protoni koje proizvodi anoda cirkuliraju kroz membranu do katode, gdje se reduciraju u proizvodnju plinovitog vodika. Princip PEM elektrolizatora prikazan je na slici.
PEM elektrolitičke ćelije obično se koriste za malu proizvodnju vodika, s maksimalnom proizvodnjom vodika od oko 30 Nm3/h i potrošnjom energije od 174 kW. U usporedbi s alkalnom ćelijom, stvarna stopa proizvodnje vodika PEM ćelije gotovo pokriva cijeli granični raspon. PEM ćelija može raditi na A većoj gustoći struje od alkalne ćelije, čak i do 1,6 A/cm2, a elektrolitička učinkovitost je 48%-65%. Budući da polimerni film nije otporan na visoke temperature, temperatura elektrolitičke ćelije često je ispod 80°C. Hoeller elektrolizer je razvio optimiziranu tehnologiju površine ćelija za male PEM elektrolizere. Ćelije se mogu dizajnirati prema zahtjevima, smanjujući količinu plemenitih metala i povećavajući radni tlak. Glavna prednost PEM elektrolizatora je da se proizvodnja vodika mijenja gotovo sinkrono s isporučenom energijom, što je prikladno za promjenu potražnje za vodikom. Hoeller ćelije reagiraju na promjene opterećenja od 0-100% u sekundi. Hoellerova patentirana tehnologija prolazi testove validacije, a postrojenje za testiranje bit će izgrađeno do kraja 2020.
Čistoća vodika koju proizvode PEM ćelije može biti čak 99,99%, što je više nego kod alkalnih ćelija. Osim toga, iznimno niska propusnost plina polimerne membrane smanjuje rizik od stvaranja zapaljivih smjesa, omogućujući elektrolizeru rad pri iznimno niskim gustoćama struje. Vodljivost vode koja se dovodi u elektrolizer mora biti manja od 1S/cm. Budući da transport protona kroz polimernu membranu brzo reagira na fluktuacije snage, PEM ćelije mogu raditi u različitim načinima napajanja. Iako je PEM ćelija komercijalizirana, ima neke nedostatke, uglavnom visoke investicijske troškove i visoke troškove membrana i elektroda na bazi plemenitih metala. Osim toga, životni vijek PEM ćelija je kraći od onog alkalnih ćelija. U budućnosti, kapacitet PEM ćelije za proizvodnju vodika mora biti znatno poboljšan.
Vrijeme objave: 2. veljače 2023