Протонообменна мембрана (PEM) електролитна вода Прогрес в технологията за производство на водород и икономически анализ

През 1966 г. General Electric Company разработи водна електролитна клетка, базирана на концепцията за протонна проводимост, използвайки полимерна мембрана като електролит.PEM клетките са комерсиализирани от General Electric през 1978 г.В момента компанията произвежда по-малко PEM клетки, главно поради ограниченото производство на водород, краткия живот и високите инвестиционни разходи.PEM клетката има биполярна структура и електрическите връзки между клетките се осъществяват чрез биполярни пластини, които играят важна роля при изхвърлянето на генерираните газове.Групата анод, катод и мембрана образуват мембранния електроден възел (MEA). Електродът обикновено се състои от благородни метали като платина или иридий.На анода водата се окислява, за да се получат кислород, електрони и протони.В катода кислородът, електроните и протоните, произведени от анода, циркулират през мембраната към катода, където се редуцират, за да се получи водороден газ.Принципът на PEM електролизера е показан на фигурата.

PEM електролитните клетки обикновено се използват за производство на водород в малък мащаб, с максимално производство на водород от около 30Nm3/h и консумация на енергия от 174kW.В сравнение с алкалната клетка, действителната скорост на производство на водород на PEM клетка почти покрива целия граничен диапазон.PEM клетката може да работи при по-висока плътност на тока от алкалната клетка, дори до 1,6 A/cm2, а електролитната ефективност е 48%-65%.Тъй като полимерният филм не е устойчив на висока температура, температурата на електролитната клетка често е под 80°C.Hoeller electrolyzer разработи оптимизирана технология за клетъчна повърхност за малки PEM електролизатори. Клетките могат да бъдат проектирани според изискванията, като се намали количеството на благородните метали и се увеличи работното налягане.Основното предимство на PEM електролизера е, че производството на водород се променя почти синхронно с доставената енергия, което е подходящо за промяна на търсенето на водород.Клетките на Hoeller реагират на промени в номиналния товар от 0-100% за секунди.Патентованата технология на Hoeller е подложена на тестове за валидиране и тестовото съоръжение ще бъде изградено до края на 2020 г.

Чистотата на водорода, произведен от PEM клетки, може да достигне до 99,99%, което е по-високо от това на алкалните клетки.В допълнение, изключително ниската газопропускливост на полимерната мембрана намалява риска от образуване на запалими смеси, което позволява на електролизера да работи при изключително ниски плътности на тока.Проводимостта на водата, подадена към електролизера, трябва да бъде по-малка от 1S/cm.Тъй като транспортът на протони през полимерната мембрана реагира бързо на колебания в мощността, PEM клетките могат да работят в различни режими на захранване.Въпреки че PEM клетката е комерсиализирана, тя има някои недостатъци, главно високите инвестиционни разходи и високите разходи както за мембранни, така и за електроди на основата на благороден метал.В допълнение, експлоатационният живот на PEM клетките е по-кратък от този на алкалните клетки.В бъдеще капацитетът на PEM клетката да произвежда водород трябва да бъде значително подобрен.