בשנת 1966 פיתחה חברת ג'נרל אלקטריק תא אלקטרוליטי מים המבוסס על תפיסת הולכת פרוטונים, תוך שימוש בממברנה פולימרית כאלקטרוליט. תאי PEM סחרו על ידי ג'נרל אלקטריק בשנת 1978. נכון לעכשיו, החברה מייצרת פחות תאי PEM, בעיקר בגלל ייצור המימן המוגבל, אורך החיים הקצר ועלות ההשקעה הגבוהה. לתא PEM יש מבנה דו-קוטבי, וחיבורים חשמליים בין תאים נעשים באמצעות לוחות דו-קוטביים, אשר ממלאים תפקיד חשוב בפריקת הגזים הנוצרים. האנודה, הקתודה וקבוצת הממברנה יוצרות את מכלול האלקטרודות הממברנה (MEA). האלקטרודה מורכבת בדרך כלל ממתכות יקרות כמו פלטינה או אירידיום. באנודה, המים מתחמצנים לייצור חמצן, אלקטרונים ופרוטונים. בקתודה, החמצן, האלקטרונים והפרוטונים המיוצרים על ידי האנודה מסתובבים דרך הממברנה אל הקתודה, שם הם מופחתים להפקת גז מימן. העיקרון של אלקטרוליזר PEM מוצג באיור.
תאים אלקטרוליטיים PEM משמשים בדרך כלל לייצור מימן בקנה מידה קטן, עם ייצור מימן מרבי של כ-30Nm3/h וצריכת חשמל של 174kW. בהשוואה לתא אלקליין, קצב ייצור המימן בפועל של תא PEM מכסה כמעט את כל טווח הגבול. תא ה-PEM יכול לעבוד בצפיפות זרם גבוהה יותר מאשר התא האלקליני, אפילו עד 1.6A/cm2, והיעילות האלקטרוליטית היא 48%-65%. מכיוון שסרט הפולימר אינו עמיד לטמפרטורה גבוהה, הטמפרטורה של התא האלקטרוליטי היא לרוב מתחת ל-80 מעלות צלזיוס. האלקטרוליזר של Hoeller פיתח טכנולוגיית משטח תא אופטימלית עבור אלקטרוליזרי PEM קטנים. ניתן לעצב את התאים בהתאם לדרישות, הפחתת כמות המתכות היקרות והגברת לחץ ההפעלה. היתרון העיקרי של אלקטרוליזר PEM הוא שייצור המימן משתנה כמעט באופן סינכרוני עם האנרגיה המסופקת, שמתאימה לשינוי בדרישת המימן. תאי הולר מגיבים לשינויים בדירוג עומס של 0-100% תוך שניות. הטכנולוגיה המוגנת בפטנט של הולר עוברת בדיקות אימות, ומתקן הבדיקה ייבנה עד סוף 2020.
טוהר המימן המיוצר על ידי תאי PEM יכול להגיע עד 99.99%, שהוא גבוה יותר מזה של תאים אלקליין. בנוסף, חדירות הגז הנמוכה ביותר של ממברנת הפולימר מפחיתה את הסיכון ליצירת תערובות דליקות, מה שמאפשר לאלקטרוליזר לפעול בצפיפות זרם נמוכה במיוחד. המוליכות של המים המסופקים לאלקטרוליזר חייבת להיות פחות מ-1S/cm. מכיוון שהובלת פרוטונים על פני ממברנת הפולימר מגיבה במהירות לתנודות כוח, תאי PEM יכולים לפעול במצבי אספקת חשמל שונים. למרות שתא ה-PEM עבר למסחר, יש לו כמה חסרונות, בעיקר עלות ההשקעה הגבוהה וההוצאה הגבוהה של אלקטרודות המבוססות על ממברנות ומתכות יקרות כאחד. בנוסף, חיי השירות של תאי PEM קצרים יותר מזה של תאי אלקליין. בעתיד, יש לשפר מאוד את היכולת של תא PEM לייצר מימן.
זמן פרסום: פברואר-02-2023