1966-ban a General Electric Company protonvezetési koncepción alapuló víz-elektrolitikus cellát fejlesztett ki, polimer membránt használva elektrolitként. A General Electric 1978-ban hozta forgalomba a PEM-cellákat. Jelenleg a vállalat kevesebb PEM-elemet gyárt, főként korlátozott hidrogéntermelése, rövid élettartama és magas beruházási költsége miatt. A PEM cella bipoláris felépítésű, a cellák közötti elektromos kapcsolatokat bipoláris lemezeken keresztül alakítják ki, amelyek fontos szerepet játszanak a keletkező gázok elvezetésében. Az anód, a katód és a membráncsoport alkotja a membránelektród-szerelvényt (MEA). Az elektróda általában nemesfémekből, például platinából vagy irídiumból áll. Az anódnál a víz oxidálódik, így oxigén, elektronok és protonok keletkeznek. A katódon az anód által termelt oxigén, elektronok és protonok a membránon keresztül a katódra keringenek, ahol redukálva hidrogéngázt állítanak elő. A PEM elektrolizáló elve az ábrán látható.
A PEM elektrolitikus cellákat általában kisüzemi hidrogéntermelésre használják, a maximális hidrogéntermelés körülbelül 30 Nm3/h, az energiafogyasztás pedig 174 kW. A lúgos cellához képest a PEM cella tényleges hidrogéntermelési sebessége szinte lefedi a teljes határtartományt. A PEM cella A nagyobb áramsűrűséggel tud működni, mint a lúgos cella, akár 1,6 A/cm2-ig, az elektrolitikus hatásfoka pedig 48%-65%. Mivel a polimer film nem ellenáll a magas hőmérsékletnek, az elektrolitikus cella hőmérséklete gyakran 80 °C alatt van. A Hoeller elektrolizátor optimalizált cellafelületi technológiát fejlesztett ki kis PEM elektrolizátorokhoz. A cellák az igényeknek megfelelően alakíthatók ki, csökkentve a nemesfém mennyiségét és növelve az üzemi nyomást. A PEM elektrolizátor fő előnye, hogy a hidrogéntermelés szinte szinkronban változik a szolgáltatott energiával, ami alkalmas a hidrogénigény változására. A Hoeller cellák másodpercek alatt reagálnak a 0-100%-os terhelési besorolás változásaira. A Hoeller szabadalmaztatott technológiája érvényesítési teszteken megy keresztül, és a tesztüzem 2020 végére megépül.
A PEM-sejtek által termelt hidrogén tisztasága akár 99,99% is lehet, ami magasabb, mint a lúgos sejteké. Ezenkívül a polimer membrán rendkívül alacsony gázáteresztő képessége csökkenti a gyúlékony keverékek képződésének kockázatát, lehetővé téve az elektrolizátor rendkívül alacsony áramsűrűség melletti működését. Az elektrolizálóba betáplált víz vezetőképességének 1S/cm-nél kisebbnek kell lennie. Mivel a polimer membránon keresztüli protontranszport gyorsan reagál a teljesítmény-ingadozásokra, a PEM-cellák különböző tápellátási módokban működhetnek. Bár a PEM cellát kereskedelmi forgalomba hozták, van néhány hátránya, főként a magas beruházási költség és a membrán- és nemesfém alapú elektródák magas költsége. Ráadásul a PEM cellák élettartama rövidebb, mint a lúgos celláké. A jövőben nagymértékben javítani kell a PEM-cellák hidrogéntermelési kapacitását.
Feladás időpontja: 2023.02.02