Протонска измјењивачка мембрана (ПЕМ) електролитичка вода, напредак технологије производње водоника и економска анализа

Генерал Елецтриц Цомпани је 1966. године развила водену електролитичку ћелију засновану на концепту протонске проводљивости, користећи полимерну мембрану као електролит.ПЕМ ћелије је комерцијализовао Генерал Елецтриц 1978.Тренутно, компанија производи мање ПЕМ ћелија, углавном због ограничене производње водоника, кратког века трајања и високих трошкова улагања.ПЕМ ћелија има биполарну структуру, а електричне везе између ћелија се врше преко биполарних плоча, које играју важну улогу у пражњењу генерисаних гасова.Анода, катода и мембранска група чине склоп мембранске електроде (МЕА). Електрода се обично састоји од племенитих метала као што су платина или иридијум.На аноди, вода се оксидира да би се произвео кисеоник, електрони и протони.На катоди, кисеоник, електрони и протони које производи анода циркулишу кроз мембрану до катоде, где се редукују да би произвели гас водоник.Принцип ПЕМ електролизера је приказан на слици.

ПЕМ електролитичке ћелије се обично користе за малу производњу водоника, са максималном производњом водоника од око 30Нм3/х и потрошњом енергије од 174кВ.У поређењу са алкалном ћелијом, стварна брзина производње водоника ПЕМ ћелије скоро покрива цео гранични опсег.ПЕМ ћелија може да ради са већом густином струје од алкалне ћелије, чак и до 1,6 А/цм2, а електролитичка ефикасност је 48%-65%.Пошто полимерни филм није отпоран на високе температуре, температура електролитичке ћелије је често испод 80°Ц.Хоеллер електролизер је развио оптимизовану технологију површине ћелије за мале ПЕМ електролизере. Ћелије се могу дизајнирати према захтевима, смањујући количину племенитих метала и повећавајући радни притисак.Главна предност ПЕМ електролизера је да се производња водоника мења скоро синхроно са испорученом енергијом, што је погодно за промену потражње водоника.Хоеллерове ћелије реагују на промене оптерећења од 0-100% у секунди.Хоеллерова патентирана технологија пролази кроз валидацијске тестове, а тестни објекат ће бити изграђен до краја 2020. године.

Чистоћа водоника произведеног у ПЕМ ћелијама може бити чак 99,99%, што је више него код алкалних ћелија.Поред тога, изузетно ниска гасна пропустљивост полимерне мембране смањује ризик од формирања запаљивих смеша, омогућавајући електролизеру да ради при изузетно ниским густинама струје.Проводљивост воде која се доводи у електролизер мора бити мања од 1С/цм.Пошто транспорт протона кроз полимерну мембрану брзо реагује на флуктуације снаге, ПЕМ ћелије могу да раде у различитим режимима напајања.Иако је ПЕМ ћелија комерцијализована, она има неке недостатке, углавном високе трошкове улагања и висок трошак и мембранских и електрода на бази племенитих метала.Поред тога, животни век ПЕМ ћелија је краћи од алкалних ћелија.У будућности, капацитет ПЕМ ћелије за производњу водоника треба значајно да се побољша.