Протон алмасу мембранасы (PEM) электролиттік су сутегін алу технологиясының барысы және экономикалық талдау

1966 жылы General Electric компаниясы электролит ретінде полимерлі мембрананы пайдалана отырып, протон өткізгіштік тұжырымдамасына негізделген су электролиттік элементін жасады.PEM жасушаларын 1978 жылы General Electric коммерцияландырды.Қазіргі уақытта компания сутегінің шектеулі өндірісіне, қысқа қызмет мерзіміне және жоғары инвестициялық құнына байланысты PEM жасушаларын аз шығарады.PEM жасушасының биполярлы құрылымы бар және жасушалар арасындағы электрлік байланыстар түзілетін газдарды шығаруда маңызды рөл атқаратын биполярлық пластиналар арқылы жүзеге асырылады.Анод, катод және мембраналық топ мембраналық электродтар жинағын (MEA) құрайды. Электрод әдетте платина немесе иридий сияқты асыл металдардан тұрады.Анодта су оттегі, электрондар және протондар алу үшін тотығады.Катодта анод шығаратын оттегі, электрондар және протондар мембрана арқылы катодқа айналады, онда олар сутегі газын өндіру үшін тотықсызданады.PEM электролизерінің жұмыс істеу принципі суретте көрсетілген.

PEM электролиттік ұяшықтары әдетте шағын көлемді сутегі өндірісі үшін пайдаланылады, сутегінің максималды өндірісі шамамен 30 Нм3/сағ және қуат тұтынуы 174 кВт.Сілтілік жасушамен салыстырғанда, PEM жасушасының сутегінің нақты өндіру жылдамдығы барлық шекті диапазонды қамтиды.PEM ұяшығы сілтілі ұяшыққа қарағанда жоғары ток тығыздығында, тіпті 1,6А/см2 дейін жұмыс істей алады және электролиттік тиімділік 48%-65% құрайды.Полимерлі пленка жоғары температураға төзімді емес болғандықтан, электролиттік элементтің температурасы жиі 80 ° C-тан төмен болады.Hoeller электролизер шағын PEM электролизерлері үшін оңтайландырылған ұяшық беті технологиясын әзірледі. Ұяшықтар бағалы металдардың мөлшерін азайтып, жұмыс қысымын арттыра отырып, талаптарға сәйкес жобалануы мүмкін.PEM электролизерінің басты артықшылығы - сутегі өндірісі берілген энергиямен дерлік синхронды түрде өзгереді, бұл сутегі сұранысының өзгеруіне қолайлы.Hoeller жасушалары секундтарда 0-100% жүктеме рейтингінің өзгеруіне жауап береді.Хоеллердің патенттелген технологиясы валидация сынақтарынан өтіп жатыр, ал сынақ нысаны 2020 жылдың соңына дейін салынады.

PEM жасушалары өндіретін сутегінің тазалығы 99,99% болуы мүмкін, бұл сілтілі жасушаларға қарағанда жоғары.Сонымен қатар, полимерлі мембрананың газ өткізгіштігінің өте төмен болуы электролизердің өте төмен ток тығыздығында жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін жанғыш қоспалардың пайда болу қаупін азайтады.Электролизерге берілетін судың өткізгіштігі 1С/см-ден аз болуы керек.Полимерлі мембрана арқылы протонды тасымалдау қуат ауытқуларына тез жауап беретіндіктен, PEM жасушалары әртүрлі қуат беру режимдерінде жұмыс істей алады.PEM ұяшығы коммерцияланған болса да, оның кейбір кемшіліктері бар, негізінен жоғары инвестициялық құны және мембраналық және бағалы метал негізіндегі электродтардың жоғары құны.Сонымен қатар, PEM жасушаларының қызмет ету мерзімі сілтілі жасушаларға қарағанда қысқа.Болашақта PEM жасушасының сутегі өндіру қабілетін айтарлықтай жақсарту қажет.