1966 წელს General Electric Company-მ შეიმუშავა წყლის ელექტროლიტური უჯრედი პროტონული გამტარობის კონცეფციის საფუძველზე, ელექტროლიტის სახით პოლიმერული მემბრანის გამოყენებით. PEM უჯრედები კომერციალიზაცია მოხდა General Electric-ის მიერ 1978 წელს. ამჟამად კომპანია აწარმოებს ნაკლებ PEM უჯრედებს, ძირითადად წყალბადის შეზღუდული წარმოების, ხანმოკლე სიცოცხლისა და მაღალი საინვესტიციო ღირებულების გამო. PEM უჯრედს აქვს ბიპოლარული სტრუქტურა და უჯრედებს შორის ელექტრული კავშირები ხდება ბიპოლარული ფირფიტების საშუალებით, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ წარმოქმნილი გაზების განმუხტვაში. ანოდი, კათოდი და მემბრანის ჯგუფი ქმნიან მემბრანული ელექტროდის შეკრებას (MEA). ელექტროდი ჩვეულებრივ შედგება ძვირფასი ლითონებისგან, როგორიცაა პლატინა ან ირიდიუმი. ანოდზე წყალი იჟანგება ჟანგბადის, ელექტრონების და პროტონების წარმოქმნით. კათოდზე, ანოდის მიერ წარმოქმნილი ჟანგბადი, ელექტრონები და პროტონები მემბრანის მეშვეობით ცირკულირებენ კათოდში, სადაც ისინი მცირდება წყალბადის გაზის წარმოქმნით. PEM ელექტროლიზატორის პრინციპი ნაჩვენებია სურათზე.
PEM ელექტროლიტური უჯრედები ჩვეულებრივ გამოიყენება მცირე ზომის წყალბადის წარმოებისთვის, წყალბადის მაქსიმალური წარმოებით დაახლოებით 30 Nm3/h და ენერგიის მოხმარება 174 kW. ტუტე უჯრედთან შედარებით, PEM უჯრედის წყალბადის წარმოების რეალური სიჩქარე თითქმის ფარავს მთელ ლიმიტულ დიაპაზონს. PEM უჯრედს შეუძლია იმუშაოს დენის უფრო მაღალი სიმკვრივით, ვიდრე ტუტე უჯრედი, თუნდაც 1.6A/cm2-მდე, ხოლო ელექტროლიტური ეფექტურობა არის 48%-65%. იმის გამო, რომ პოლიმერული ფილმი არ არის მდგრადი მაღალი ტემპერატურის მიმართ, ელექტროლიტური უჯრედის ტემპერატურა ხშირად 80°C-ზე დაბალია. Hoeller electrolyzer-მა შეიმუშავა უჯრედის ზედაპირის ოპტიმიზებული ტექნოლოგია მცირე PEM ელექტროლიზატორებისთვის. უჯრედების დაპროექტება შესაძლებელია მოთხოვნების შესაბამისად, ძვირფასი ლითონების რაოდენობის შემცირებით და სამუშაო წნევის გაზრდით. PEM ელექტროლიზატორის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ წყალბადის წარმოება თითქმის სინქრონულად იცვლება მიწოდებულ ენერგიასთან, რაც შესაფერისია წყალბადის მოთხოვნის შეცვლისთვის. ჰოელერის უჯრედები რეაგირებენ 0-100% დატვირთვის რეიტინგის ცვლილებებზე წამებში. ჰოელერის დაპატენტებული ტექნოლოგია გადის ვალიდაციის ტესტებს და საცდელი ობიექტი აშენდება 2020 წლის ბოლოს.
PEM უჯრედების მიერ წარმოებული წყალბადის სისუფთავე შეიძლება იყოს 99,99%, რაც უფრო მაღალია, ვიდრე ტუტე უჯრედების. გარდა ამისა, პოლიმერული მემბრანის უკიდურესად დაბალი გაზის გამტარიანობა ამცირებს აალებადი ნარევების წარმოქმნის რისკს, რაც ელექტროლიზატორს საშუალებას აძლევს იმუშაოს უკიდურესად დაბალი დენის სიმკვრივით. ელექტროლიზატორისთვის მიწოდებული წყლის გამტარობა უნდა იყოს 1S/სმ-ზე ნაკლები. იმის გამო, რომ პროტონების ტრანსპორტირება პოლიმერის მემბრანაზე სწრაფად რეაგირებს დენის რყევებზე, PEM უჯრედებს შეუძლიათ იმუშაონ ელექტრომომარაგების სხვადასხვა რეჟიმში. მიუხედავად იმისა, რომ PEM უჯრედის კომერციალიზაცია მოხდა, მას აქვს გარკვეული უარყოფითი მხარეები, ძირითადად მაღალი საინვესტიციო ღირებულება და მემბრანული და ძვირფასი ლითონის დაფუძნებული ელექტროდების მაღალი ხარჯები. გარდა ამისა, PEM უჯრედების მომსახურების ვადა უფრო მოკლეა, ვიდრე ტუტე უჯრედების. სამომავლოდ PEM უჯრედის წყალბადის წარმოქმნის უნარი მნიშვნელოვნად უნდა გაუმჯობესდეს.
გამოქვეყნების დრო: თებ-02-2023