Em 1966, a General Electric Company desenvolveu uma célula eletrolítica de água baseada no conceito de condução de prótons, usando membrana polimérica como eletrólito. As células PEM foram comercializadas pela General Electric em 1978. Atualmente, a empresa produz menos células PEM, principalmente devido à sua produção limitada de hidrogênio, vida curta e alto custo de investimento. Uma célula PEM possui estrutura bipolar, e as conexões elétricas entre as células são feitas através de placas bipolares, que desempenham um papel importante na descarga dos gases gerados. O ânodo, o cátodo e o grupo de membrana formam o conjunto de eletrodo de membrana (MEA). O eletrodo é geralmente composto de metais preciosos, como platina ou irídio. No ânodo, a água é oxidada para produzir oxigênio, elétrons e prótons. No cátodo, o oxigênio, os elétrons e os prótons produzidos pelo ânodo circulam através da membrana até o cátodo, onde são reduzidos para produzir gás hidrogênio. O princípio do eletrolisador PEM é mostrado na figura.
As células eletrolíticas PEM são normalmente usadas para produção de hidrogênio em pequena escala, com uma produção máxima de hidrogênio de cerca de 30Nm3/h e um consumo de energia de 174kW. Em comparação com a célula alcalina, a taxa real de produção de hidrogênio da célula PEM cobre quase toda a faixa limite. A célula PEM pode funcionar com uma densidade de corrente mais alta do que a célula alcalina, até 1,6A/cm2, e a eficiência eletrolítica é de 48% a 65%. Como o filme de polímero não é resistente a altas temperaturas, a temperatura da célula eletrolítica costuma ficar abaixo de 80°C. O eletrolisador Hoeller desenvolveu uma tecnologia de superfície celular otimizada para pequenos eletrolisadores PEM. As células podem ser projetadas de acordo com as necessidades, reduzindo a quantidade de metais preciosos e aumentando a pressão operacional. A principal vantagem do eletrolisador PEM é que a produção de hidrogênio muda quase em sincronia com a energia fornecida, o que é adequado para a mudança na demanda de hidrogênio. As células Hoeller respondem a alterações na classificação de carga de 0 a 100% em segundos. A tecnologia patenteada de Hoeller está passando por testes de validação e a instalação de testes será construída até o final de 2020.
A pureza do hidrogênio produzido pelas células PEM pode chegar a 99,99%, o que é superior à das células alcalinas. Além disso, a permeabilidade extremamente baixa aos gases da membrana polimérica reduz o risco de formação de misturas inflamáveis, permitindo que o eletrolisador opere em densidades de corrente extremamente baixas. A condutividade da água fornecida ao eletrolisador deve ser inferior a 1S/cm. Como o transporte de prótons através da membrana polimérica responde rapidamente às flutuações de energia, as células PEM podem operar em diferentes modos de fornecimento de energia. Embora a célula PEM tenha sido comercializada, ela apresenta algumas desvantagens, principalmente o alto custo de investimento e o alto gasto de eletrodos à base de membrana e metais preciosos. Além disso, a vida útil das células PEM é menor que a das células alcalinas. No futuro, a capacidade da célula PEM de produzir hidrogénio necessita de ser bastante melhorada.
Horário da postagem: 02 de fevereiro de 2023