1966년 General Electric Company는 고분자막을 전해질로 사용하는 양성자 전도 개념을 기반으로 하는 물 전해 전지를 개발했습니다. PEM 셀은 1978년 General Electric에 의해 상용화되었습니다. 현재 이 회사는 제한된 수소 생산량, 짧은 수명 및 높은 투자 비용으로 인해 더 적은 수의 PEM 셀을 생산하고 있습니다. PEM 셀은 바이폴라 구조를 가지고 있으며, 셀 간의 전기적 연결은 바이폴라 플레이트를 통해 이루어지며, 이는 발생된 가스를 배출하는 데 중요한 역할을 합니다. 양극, 음극 및 멤브레인 그룹은 멤브레인 전극 조립체(MEA)를 형성합니다. 전극은 일반적으로 백금이나 이리듐과 같은 귀금속으로 구성됩니다. 양극에서 물은 산화되어 산소, 전자 및 양성자를 생성합니다. 음극에서는 양극에서 생성된 산소, 전자 및 양성자가 막을 통해 음극으로 순환하고, 그곳에서 환원되어 수소 가스를 생성합니다. PEM 전해조의 원리는 그림에 나와 있습니다.
PEM 전해전지는 일반적으로 소규모 수소 생산에 사용되며 최대 수소 생산량은 약 30Nm3/h, 전력 소비량은 174kW이다. 알카라인 전지와 비교하여, PEM 전지의 실제 수소 생산율은 거의 전체 한계 범위를 커버합니다. PEM 셀은 알카라인 셀보다 더 높은 전류 밀도(최대 1.6A/cm2)에서도 작동할 수 있으며 전해 효율은 48%-65%입니다. 고분자 필름은 고온에 강하지 않기 때문에 전해조의 온도가 80°C 미만인 경우가 많습니다. Hoeller 전해조는 소형 PEM 전해조에 최적화된 셀 표면 기술을 개발했습니다. 요구 사항에 따라 셀을 설계하여 귀금속 양을 줄이고 작동 압력을 높일 수 있습니다. PEM 전해조의 주요 장점은 수소 생산량이 공급된 에너지와 거의 동시에 변화한다는 점이며, 이는 수소 수요 변화에 적합합니다. Hoeller 셀은 0~100% 부하 정격 변화에 몇 초 만에 반응합니다. Hoeller의 특허 기술은 검증 테스트를 진행 중이며 테스트 시설은 2020년 말까지 구축될 예정입니다.
PEM 셀에서 생산된 수소의 순도는 99.99%까지 높을 수 있으며 이는 알칼리 셀보다 높습니다. 또한, 고분자막의 매우 낮은 가스 투과성은 가연성 혼합물이 형성될 위험을 줄여 전해조가 매우 낮은 전류 밀도에서 작동할 수 있게 해줍니다. 전해조에 공급되는 물의 전도도는 1S/cm 미만이어야 합니다. 고분자막을 통한 양성자 이동은 전력 변동에 빠르게 반응하기 때문에 PEM 셀은 다양한 전원 공급 모드에서 작동할 수 있습니다. PEM 셀이 상용화되었지만 주로 투자 비용이 높고 멤브레인 및 귀금속 기반 전극의 비용이 높다는 몇 가지 단점이 있습니다. 또한 PEM 셀의 수명은 알카라인 셀보다 짧습니다. 앞으로 PEM 셀의 수소 생산 능력은 크게 향상되어야 한다.
게시 시간: 2023년 2월 2일