Pada tahun 1966, General Electric Company mengembangkan sel elektrolit air berdasarkan konsep konduksi proton, menggunakan membran polimer sebagai elektrolit. Sel PEM dikomersialkan oleh General Electric pada tahun 1978. Saat ini, perusahaan memproduksi lebih sedikit sel PEM, terutama karena produksi hidrogen yang terbatas, umur yang pendek dan biaya investasi yang tinggi. Sel PEM memiliki struktur bipolar, dan sambungan listrik antar sel dibuat melalui pelat bipolar, yang berperan penting dalam mengeluarkan gas yang dihasilkan. Kelompok anoda, katoda, dan membran membentuk rakitan elektroda membran (MEA). Elektroda biasanya terdiri dari logam mulia seperti platina atau iridium. Di anoda, air dioksidasi menghasilkan oksigen, elektron, dan proton. Di katoda, oksigen, elektron, dan proton yang dihasilkan oleh anoda bersirkulasi melalui membran menuju katoda, di mana mereka direduksi untuk menghasilkan gas hidrogen. Prinsip elektroliser PEM ditunjukkan pada gambar.
Sel elektrolitik PEM biasanya digunakan untuk produksi hidrogen skala kecil, dengan produksi hidrogen maksimum sekitar 30Nm3/jam dan konsumsi daya 174kW. Dibandingkan dengan sel alkaline, laju produksi hidrogen aktual sel PEM hampir mencakup seluruh rentang batas. Sel PEM dapat bekerja pada kerapatan arus yang lebih tinggi daripada sel alkaline, bahkan hingga 1,6A/cm2, dan efisiensi elektrolitiknya 48%-65%. Karena film polimer tidak tahan terhadap suhu tinggi, suhu sel elektrolitik seringkali di bawah 80°C. Elektroliser Hoeller telah mengembangkan teknologi permukaan sel yang dioptimalkan untuk elektroliser PEM kecil. Sel dapat dirancang sesuai dengan kebutuhan, mengurangi jumlah logam mulia dan meningkatkan tekanan pengoperasian. Keuntungan utama elektroliser PEM adalah produksi hidrogen berubah hampir bersamaan dengan energi yang disuplai, sehingga sesuai dengan perubahan kebutuhan hidrogen. Sel Hoeller merespons perubahan peringkat beban 0-100% dalam hitungan detik. Teknologi yang dipatenkan Hoeller sedang menjalani uji validasi, dan fasilitas pengujian akan dibangun pada akhir tahun 2020.
Kemurnian hidrogen yang dihasilkan oleh sel PEM bisa mencapai 99,99%, lebih tinggi dibandingkan sel alkali. Selain itu, permeabilitas gas yang sangat rendah pada membran polimer mengurangi risiko pembentukan campuran yang mudah terbakar, sehingga elektroliser dapat beroperasi pada kepadatan arus yang sangat rendah. Konduktivitas air yang disuplai ke elektroliser harus kurang dari 1S/cm. Karena transpor proton melintasi membran polimer merespons fluktuasi daya dengan cepat, sel PEM dapat beroperasi dalam mode catu daya yang berbeda. Meskipun sel PEM telah dikomersialkan, namun memiliki beberapa kelemahan, terutama biaya investasi yang tinggi dan tingginya biaya elektroda berbasis membran dan logam mulia. Selain itu, masa pakai sel PEM lebih pendek dibandingkan sel alkaline. Di masa depan, kapasitas sel PEM untuk menghasilkan hidrogen perlu ditingkatkan secara signifikan.
Waktu posting: Feb-02-2023