Протонска размена на мембрана (ПЕМ) напредок во технологијата за производство на водород со електролитичка вода и економска анализа

Во 1966 година, General Electric Company разви водена електролитичка ќелија заснована на концептот на протонска спроводливост, користејќи полимерна мембрана како електролит.ПЕМ-клетките беа комерцијализирани од General Electric во 1978 година.Во моментов, компанијата произведува помалку PEM ќелии, главно поради ограниченото производство на водород, краткиот век и високите инвестициски трошоци.ПЕМ ќелијата има биполарна структура, а електричните врски помеѓу ќелиите се прават преку биполарни плочи, кои играат важна улога во испуштањето на создадените гасови.Анодата, катодата и мембранската група го формираат склопот на мембранската електрода (MEA). Електродата обично е составена од благородни метали како што се платина или иридиум.На анодата, водата се оксидира за да произведе кислород, електрони и протони.На катодата, кислородот, електроните и протоните произведени од анодата циркулираат низ мембраната до катодата, каде што се редуцираат за да се произведе водороден гас.Принципот на PEM електролизаторот е прикажан на сликата.

Електролитните ќелии PEM обично се користат за производство на водород во мал обем, со максимално производство на водород од околу 30 Nm3/h и потрошувачка на енергија од 174 kW.Во споредба со алкалните ќелии, вистинската стапка на производство на водород на PEM ќелијата речиси го покрива целиот граничен опсег.PEM ќелијата може да работи со A поголема густина на струја од алкалната ќелија, дури и до 1,6A/cm2, а електролитичката ефикасност е 48%-65%.Бидејќи полимерната фолија не е отпорна на висока температура, температурата на електролитичката ќелија често е под 80°C.Hoeller electrolyzer разви оптимизирана технологија на клеточна површина за мали PEM електролизери. Ќелиите можат да бидат дизајнирани според барањата, намалувајќи ја количината на благородни метали и зголемувајќи го работниот притисок.Главната предност на PEM електролизаторот е што производството на водород се менува речиси синхроно со испорачаната енергија, што е погодно за промена на побарувачката на водород.Hoeller ќелиите реагираат на промените на рејтингот на оптоварување од 0-100% во секунди.Патентираната технологија на Холер минува низ тестови за валидација, а објектот за тестирање ќе биде изграден до крајот на 2020 година.

Чистотата на водородот произведен од PEM-клетките може да биде до 99,99%, што е повисока од онаа на алкалните клетки.Дополнително, екстремно ниската гасна пропустливост на полимерната мембрана го намалува ризикот од формирање на запаливи смеси, овозможувајќи му на електролизаторот да работи при екстремно ниски густини на струја.Спроводливоста на водата што се доставува до електролизаторот мора да биде помала од 1S/cm.Бидејќи транспортот на протон низ полимерната мембрана реагира брзо на флуктуациите на моќноста, PEM ќелиите можат да работат во различни режими на напојување.Иако PEM ќелијата е комерцијализирана, таа има некои недостатоци, главно високата инвестициска цена и високиот трошок на електродите базирани на мембрана и на благородни метали.Покрај тоа, работниот век на PEM ќелиите е пократок од оној на алкалните ќелии.Во иднина, капацитетот на PEM ќелијата за производство на водород треба значително да се подобри.