1966 m. „General Electric Company“ sukūrė vandens elektrolitinį elementą, pagrįstą protonų laidumo koncepcija, naudodama polimerinę membraną kaip elektrolitą. 1978 m. „General Electric“ pristatė PEM elementus. Šiuo metu bendrovė gamina mažiau PEM elementų, daugiausia dėl ribotos vandenilio gamybos, trumpo tarnavimo laiko ir didelių investicijų sąnaudų. PEM elementas turi bipolinę struktūrą, o elektriniai ryšiai tarp elementų atliekami per bipolines plokšteles, kurios atlieka svarbų vaidmenį išleidžiant susidarančias dujas. Anodas, katodas ir membranos grupė sudaro membranos elektrodo agregatą (MEA). Elektrodas dažniausiai sudarytas iš tauriųjų metalų, tokių kaip platina arba iridis. Ant anodo vanduo oksiduojamas ir susidaro deguonis, elektronai ir protonai. Ant katodo anodo gaminamas deguonis, elektronai ir protonai cirkuliuoja per membraną į katodą, kur jie redukuojami ir susidaro vandenilio dujos. PEM elektrolizatoriaus veikimo principas parodytas paveikslėlyje.
PEM elektrolitiniai elementai dažniausiai naudojami nedidelio masto vandenilio gamybai, kurių didžiausia vandenilio gamyba yra apie 30 Nm3/h, o energijos suvartojimas – 174 kW. Palyginti su šarminiais elementais, tikrasis PEM elemento vandenilio gamybos greitis beveik apima visą ribinį diapazoną. PEM elementas gali dirbti esant A didesniam srovės tankiui nei šarminis, net iki 1,6 A/cm2, o elektrolizės efektyvumas yra 48%-65%. Kadangi polimerinė plėvelė nėra atspari aukštai temperatūrai, elektrolizės elemento temperatūra dažnai būna žemesnė nei 80°C. Hoeller elektrolizatorius sukūrė optimizuotą elementų paviršiaus technologiją mažiems PEM elektrolizatoriams. Celės gali būti suprojektuotos pagal reikalavimus, sumažinant tauriųjų metalų kiekį ir padidinant darbinį slėgį. Pagrindinis PEM elektrolizatoriaus privalumas yra tai, kad vandenilio gamyba kinta beveik sinchroniškai su tiekiama energija, kuri yra tinkama vandenilio poreikiui keisti. Hoellerio elementai reaguoja į 0–100 % apkrovos įvertinimo pokyčius per kelias sekundes. Patentuota Hoeller technologija yra tikrinama, o bandymų įrenginys bus pastatytas iki 2020 m. pabaigos.
PEM ląstelių gaminamo vandenilio grynumas gali siekti net 99,99%, o tai yra didesnis nei šarminių ląstelių. Be to, itin mažas polimerinės membranos dujų pralaidumas sumažina degių mišinių susidarymo riziką, todėl elektrolizatorius gali veikti esant itin mažam srovės tankiui. Į elektrolizatorių tiekiamo vandens laidumas turi būti mažesnis nei 1S/cm. Kadangi protonų pernešimas per polimero membraną greitai reaguoja į galios svyravimus, PEM ląstelės gali veikti skirtingais maitinimo režimais. Nors PEM elementas buvo parduodamas, jis turi tam tikrų trūkumų, daugiausia didelių investicijų sąnaudų ir didelių tiek membraninių, tiek tauriųjų metalų elektrodų sąnaudų. Be to, PEM elementų tarnavimo laikas yra trumpesnis nei šarminių. Ateityje PEM ląstelės pajėgumas gaminti vandenilį turi būti labai pagerintas.
Paskelbimo laikas: 2023-02-02