പ്രോട്ടോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് മെംബ്രൺ (പിഇഎം) ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് വാട്ടർ ഹൈഡ്രജൻ പ്രൊഡക്ഷൻ ടെക്നോളജി പുരോഗതിയും സാമ്പത്തിക വിശകലനവും

1966-ൽ ജനറൽ ഇലക്ട്രിക് കമ്പനി, പോളിമർ മെംബ്രൺ ഇലക്ട്രോലൈറ്റായി ഉപയോഗിച്ച് പ്രോട്ടോൺ ചാലക ആശയത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി വാട്ടർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. 1978-ൽ ജനറൽ ഇലക്ട്രിക് PEM സെല്ലുകൾ വാണിജ്യവൽക്കരിച്ചു. നിലവിൽ, കമ്പനിയുടെ പരിമിതമായ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനം, ഹ്രസ്വകാല ആയുസ്സ്, ഉയർന്ന നിക്ഷേപച്ചെലവ് എന്നിവ കാരണം നിലവിൽ, PEM സെല്ലുകൾ വളരെ കുറവാണ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. ഒരു PEM സെല്ലിന് ഒരു ബൈപോളാർ ഘടനയുണ്ട്, കൂടാതെ കോശങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുത കണക്ഷനുകൾ ബൈപോളാർ പ്ലേറ്റുകളിലൂടെയാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഇത് ജനറേറ്റഡ് വാതകങ്ങൾ ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുന്നതിൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ആനോഡ്, കാഥോഡ്, മെംബ്രൻ ഗ്രൂപ്പ് എന്നിവ മെംബ്രൻ ഇലക്ട്രോഡ് അസംബ്ലി (MEA) ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോഡ് സാധാരണയായി പ്ലാറ്റിനം അല്ലെങ്കിൽ ഇറിഡിയം പോലുള്ള വിലയേറിയ ലോഹങ്ങൾ ചേർന്നതാണ്. ആനോഡിൽ, ഓക്സിജൻ, ഇലക്ട്രോണുകൾ, പ്രോട്ടോണുകൾ എന്നിവ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് വെള്ളം ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്യുന്നു. കാഥോഡിൽ, ആനോഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഓക്സിജൻ, ഇലക്ട്രോണുകൾ, പ്രോട്ടോണുകൾ എന്നിവ മെംബ്രണിലൂടെ കാഥോഡിലേക്ക് പ്രചരിക്കുന്നു, അവിടെ ഹൈഡ്രജൻ വാതകം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. PEM ഇലക്ട്രോലൈസറിൻ്റെ തത്വം ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

PEM ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ സാധാരണയായി ചെറിയ തോതിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, പരമാവധി ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദനം ഏകദേശം 30Nm3/h ഉം വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം 174kW ഉം ആണ്. ആൽക്കലൈൻ സെല്ലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, PEM സെല്ലിൻ്റെ യഥാർത്ഥ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദന നിരക്ക് ഏതാണ്ട് മുഴുവൻ പരിധി പരിധിയും ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. PEM സെല്ലിന് 1.6A/cm2 വരെ ആൽക്കലൈൻ സെല്ലിനേക്കാൾ ഉയർന്ന നിലവിലെ സാന്ദ്രതയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് കാര്യക്ഷമത 48%-65% ആണ്. പോളിമർ ഫിലിം ഉയർന്ന താപനിലയെ പ്രതിരോധിക്കാത്തതിനാൽ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൻ്റെ താപനില പലപ്പോഴും 80 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനു താഴെയാണ്. ചെറിയ PEM ഇലക്‌ട്രോലൈസറുകൾക്കായി ഹോല്ലർ ഇലക്‌ട്രോലൈസർ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത സെൽ ഉപരിതല സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. വിലയേറിയ ലോഹങ്ങളുടെ അളവ് കുറയ്ക്കുകയും പ്രവർത്തന സമ്മർദ്ദം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ആവശ്യകതകൾക്കനുസരിച്ച് സെല്ലുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയും. PEM ഇലക്‌ട്രോലൈസറിൻ്റെ പ്രധാന ഗുണം, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനം വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജവുമായി ഏതാണ്ട് സമന്വയത്തോടെ മാറുന്നു എന്നതാണ്, ഇത് ഹൈഡ്രജൻ്റെ ആവശ്യകത മാറുന്നതിന് അനുയോജ്യമാണ്. ഹോല്ലർ സെല്ലുകൾ സെക്കൻ്റുകൾക്കുള്ളിൽ 0-100% ലോഡ് റേറ്റിംഗ് മാറ്റങ്ങളോട് പ്രതികരിക്കുന്നു. ഹോല്ലറുടെ പേറ്റൻ്റ് നേടിയ സാങ്കേതികവിദ്യ മൂല്യനിർണ്ണയ പരിശോധനകൾക്ക് വിധേയമായിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്, 2020 അവസാനത്തോടെ ടെസ്റ്റ് സൗകര്യം നിർമ്മിക്കപ്പെടും.

PEM കോശങ്ങൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഹൈഡ്രജൻ്റെ പരിശുദ്ധി 99.99% വരെയാകാം, ഇത് ആൽക്കലൈൻ സെല്ലുകളേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. കൂടാതെ, പോളിമർ മെംബ്രണിൻ്റെ വളരെ കുറഞ്ഞ വാതക പ്രവേശനക്ഷമത ജ്വലിക്കുന്ന മിശ്രിതങ്ങൾ രൂപപ്പെടാനുള്ള സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് ഇലക്ട്രോലൈസറിനെ വളരെ കുറഞ്ഞ വൈദ്യുത സാന്ദ്രതയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോലൈസറിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുന്ന ജലത്തിൻ്റെ ചാലകത 1S/cm-ൽ കുറവായിരിക്കണം. പോളിമർ മെംബ്രണിൽ ഉടനീളമുള്ള പ്രോട്ടോൺ ഗതാഗതം പവർ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളോട് വേഗത്തിൽ പ്രതികരിക്കുന്നതിനാൽ, PEM സെല്ലുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത പവർ സപ്ലൈ മോഡുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും. PEM സെൽ വാണിജ്യവൽക്കരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഇതിന് ചില ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്, പ്രധാനമായും ഉയർന്ന നിക്ഷേപച്ചെലവും മെംബ്രൻ, വിലയേറിയ ലോഹ അധിഷ്ഠിത ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ഉയർന്ന ചെലവും. കൂടാതെ, PEM സെല്ലുകളുടെ സേവനജീവിതം ആൽക്കലൈൻ സെല്ലുകളേക്കാൾ കുറവാണ്. ഭാവിയിൽ, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാനുള്ള PEM സെല്ലിൻ്റെ ശേഷി വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തേണ്ടതുണ്ട്.