У 1966 році General Electric Company розробила водяний електролітичний елемент на основі концепції протонної провідності, використовуючи полімерну мембрану як електроліт. Елементи PEM були випущені на комерціалізацію General Electric у 1978 році. Зараз компанія виробляє менше елементів PEM, головним чином через обмежене виробництво водню, короткий термін служби та високі інвестиційні витрати. Комірка PEM має біполярну структуру, а електричні з’єднання між осередками здійснюються через біполярні пластини, які відіграють важливу роль у розрядженні утворених газів. Анод, катод і мембранна група утворюють мембранний електродний вузол (MEA). Електрод зазвичай складається з дорогоцінних металів, таких як платина або іридій. На аноді вода окислюється з утворенням кисню, електронів і протонів. На катоді кисень, електрони та протони, вироблені анодом, циркулюють через мембрану до катода, де вони відновлюються з утворенням водню. Принцип роботи електролізера ПЕМ показаний на малюнку.
Електролітичні комірки PEM зазвичай використовуються для невеликого виробництва водню з максимальним виробництвом водню близько 30 Нм3/год і споживаною потужністю 174 кВт. Порівняно з лужною коміркою фактична швидкість виробництва водню в комірці PEM майже покриває весь граничний діапазон. Елемент PEM може працювати при вищій щільності струму, ніж лужний елемент, навіть до 1,6 А/см2, а електролітична ефективність становить 48%-65%. Оскільки полімерна плівка не стійка до високої температури, температура електролізера часто нижче 80°C. Електролізер Hoeller розробив оптимізовану технологію поверхні комірок для малих електролізерів PEM. Осередки можна сконструювати відповідно до вимог, зменшуючи кількість дорогоцінних металів і збільшуючи робочий тиск. Основна перевага електролізера PEM полягає в тому, що виробництво водню змінюється майже синхронно з поставленою енергією, що відповідає зміні потреби у водні. Комірки Hoeller реагують на зміни навантаження 0-100% за секунди. Запатентована технологія Hoeller проходить перевірку, і випробувальний центр буде побудовано до кінця 2020 року.
Чистота водню, виробленого елементами PEM, може досягати 99,99%, що вище, ніж у лужних елементів. Крім того, надзвичайно низька газопроникність полімерної мембрани знижує ризик утворення горючих сумішей, що дозволяє електролізеру працювати при надзвичайно низькій щільності струму. Провідність води, що подається в електролізер, повинна бути менше 1См/см. Оскільки транспорт протонів через полімерну мембрану швидко реагує на коливання потужності, клітини PEM можуть працювати в різних режимах живлення. Незважаючи на те, що елемент PEM був комерційним, він має деякі недоліки, головним чином високі інвестиційні витрати та високу вартість як мембрани, так і електродів на основі дорогоцінних металів. Крім того, термін служби елементів PEM коротший, ніж у лужних елементів. У майбутньому здатність клітини PEM виробляти водень потребує значного покращення.
Час публікації: 02 лютого 2023 р