ในปี 1966 บริษัท General Electric ได้พัฒนาเซลล์อิเล็กโทรไลต์น้ำโดยใช้แนวคิดการนำโปรตอน โดยใช้เมมเบรนโพลีเมอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์ เซลล์ PEM ได้รับการจำหน่ายโดย General Electric ในปี 1978 ปัจจุบัน บริษัทผลิตเซลล์ PEM น้อยลง สาเหตุหลักมาจากการผลิตไฮโดรเจนที่จำกัด อายุการใช้งานสั้น และต้นทุนการลงทุนสูง เซลล์ PEM มีโครงสร้างแบบไบโพลาร์ และการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างเซลล์จะทำผ่านแผ่นไบโพลาร์ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการปล่อยก๊าซที่เกิดขึ้น กลุ่มแอโนด แคโทด และเมมเบรนจะประกอบกันเป็นชุดประกอบอิเล็กโทรดเมมเบรน (MEA) อิเล็กโทรดมักประกอบด้วยโลหะมีค่า เช่น แพลทินัมหรืออิริเดียม ที่ขั้วบวก น้ำจะถูกออกซิไดซ์เพื่อผลิตออกซิเจน อิเล็กตรอน และโปรตอน ที่แคโทด ออกซิเจน อิเล็กตรอน และโปรตอนที่ผลิตโดยแอโนดจะไหลเวียนผ่านเมมเบรนไปยังแคโทด ซึ่งจะถูกรีดิวซ์ให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน หลักการของอิเล็กโตรไลเซอร์ PEM แสดงไว้ในภาพ
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ PEM มักใช้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนขนาดเล็ก โดยมีการผลิตไฮโดรเจนสูงสุดประมาณ 30Nm3/ชม. และการใช้พลังงาน 174kW เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์อัลคาไลน์ อัตราการผลิตไฮโดรเจนจริงของเซลล์ PEM เกือบจะครอบคลุมช่วงขีดจำกัดทั้งหมด เซลล์ PEM สามารถทำงานที่ความหนาแน่นกระแส A ที่สูงกว่าเซลล์อัลคาไลน์ ได้ถึง 1.6A/cm2 และประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 48%-65% เนื่องจากฟิล์มโพลีเมอร์ไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง อุณหภูมิของเซลล์อิเล็กโทรไลต์จึงมักจะต่ำกว่า 80°C อิเล็กโตรไลเซอร์ของ Hoeller ได้พัฒนาเทคโนโลยีพื้นผิวเซลล์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM ขนาดเล็ก เซลล์สามารถออกแบบได้ตามความต้องการ โดยลดปริมาณโลหะมีค่าและเพิ่มแรงกดดันในการทำงาน ข้อได้เปรียบหลักของอิเล็กโตรไลเซอร์ PEM คือการผลิตไฮโดรเจนเปลี่ยนแปลงไปเกือบจะพร้อมกันกับพลังงานที่จ่ายไป ซึ่งเหมาะสำหรับการเปลี่ยนแปลงความต้องการไฮโดรเจน เซลล์ Hoeller ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอัตราการโหลด 0-100% ในไม่กี่วินาที เทคโนโลยีที่ได้รับสิทธิบัตรของ Hoeller กำลังอยู่ระหว่างการทดสอบ และศูนย์ทดสอบจะถูกสร้างขึ้นภายในสิ้นปี 2563
ความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนที่ผลิตโดยเซลล์ PEM อาจสูงถึง 99.99% ซึ่งสูงกว่าเซลล์อัลคาไลน์ นอกจากนี้ ความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซที่ต่ำมากของเมมเบรนโพลีเมอร์ช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดสารผสมที่ติดไฟได้ ช่วยให้อิเล็กโทรไลเซอร์ทำงานที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าต่ำมาก ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำที่จ่ายให้กับอิเล็กโทรไลเซอร์จะต้องน้อยกว่า 1S/cm เนื่องจากการขนส่งโปรตอนผ่านเมมเบรนโพลีเมอร์ตอบสนองต่อความผันผวนของพลังงานอย่างรวดเร็ว เซลล์ PEM จึงสามารถทำงานในโหมดจ่ายไฟที่แตกต่างกันได้ แม้ว่าเซลล์ PEM จะได้รับการจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง โดยหลักแล้วจะมีต้นทุนการลงทุนที่สูง และค่าใช้จ่ายที่สูงของทั้งอิเล็กโทรดที่ใช้เมมเบรนและโลหะมีค่า นอกจากนี้อายุการใช้งานของเซลล์ PEM ยังสั้นกว่าเซลล์อัลคาไลน์อีกด้วย ในอนาคต กำลังการผลิตของเซลล์ PEM ในการผลิตไฮโดรเจนจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
เวลาโพสต์: Feb-02-2023