Proton mübadiləsi membranı (PEM) elektrolitik su hidrogen istehsalı texnologiyası tərəqqi və iqtisadi təhlil

1966-cı ildə General Electric şirkəti elektrolit kimi polimer membrandan istifadə edərək, proton keçiriciliyi konsepsiyasına əsaslanan su elektrolitik elementi hazırladı.PEM hüceyrələri 1978-ci ildə General Electric tərəfindən kommersiyalaşdırıldı.Hazırda şirkət əsasən məhdud hidrogen istehsalı, qısa ömür və yüksək investisiya dəyəri səbəbindən daha az PEM hüceyrələri istehsal edir.PEM hüceyrəsi bipolyar quruluşa malikdir və hüceyrələr arasında elektrik əlaqələri yaranan qazların boşaldılmasında mühüm rol oynayan bipolyar lövhələr vasitəsilə həyata keçirilir.Anod, katod və membran qrupu membran elektrod qurğusunu (MEA) təşkil edir. Elektrod adətən platin və ya iridium kimi qiymətli metallardan ibarətdir.Anodda su oksigen, elektron və proton istehsal etmək üçün oksidləşir.Katodda anod tərəfindən istehsal olunan oksigen, elektronlar və protonlar membran vasitəsilə katoda dolaşır və burada hidrogen qazı hasil etmək üçün azaldılır.PEM elektrolizatorunun prinsipi şəkildə göstərilmişdir.

PEM elektrolitik elementləri adətən kiçik miqyaslı hidrogen istehsalı üçün istifadə olunur, maksimum hidrogen istehsalı təxminən 30Nm3/saat və enerji istehlakı 174kVt təşkil edir.Qələvi hüceyrə ilə müqayisədə, PEM hüceyrəsinin faktiki hidrogen istehsal sürəti demək olar ki, bütün həddi əhatə edir.PEM hüceyrəsi qələvi hüceyrədən daha yüksək cərəyan sıxlığında, hətta 1,6A/sm2-ə qədər işləyə bilər və elektrolitik effektivlik 48-65% təşkil edir.Polimer film yüksək temperatura davamlı olmadığı üçün elektrolitik hüceyrənin temperaturu çox vaxt 80 ° C-dən aşağı olur.Hoeller elektrolizatoru kiçik PEM elektrolizatorları üçün optimallaşdırılmış hüceyrə səthi texnologiyasını işləyib hazırlayıb. Hüceyrələr qiymətli metalların miqdarını azaltmaqla və iş təzyiqini artırmaqla tələblərə uyğun dizayn edilə bilər.PEM elektrolizatorunun əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, hidrogen hasilatı verilən enerji ilə demək olar ki, sinxron şəkildə dəyişir ki, bu da hidrogenə tələbatın dəyişməsi üçün əlverişlidir.Hoeller hüceyrələri saniyələr ərzində 0-100% yük dərəcəsi dəyişikliklərinə cavab verir.Hoellerin patentləşdirilmiş texnologiyası təsdiqləmə sınaqlarından keçir və sınaq qurğusu 2020-ci ilin sonuna kimi tikiləcək.

PEM hüceyrələri tərəfindən istehsal olunan hidrogenin saflığı qələvi hüceyrələrdən daha yüksək olan 99,99% qədər yüksək ola bilər.Bundan əlavə, polimer membranın son dərəcə aşağı qaz keçiriciliyi elektrolizatorun son dərəcə aşağı cərəyan sıxlıqlarında işləməsinə imkan verən yanar qarışıqların əmələ gəlməsi riskini azaldır.Elektrolizatora verilən suyun keçiriciliyi 1S/sm-dən az olmalıdır.Polimer membranı üzərindən proton nəqli güc dalğalanmalarına tez reaksiya verdiyi üçün PEM hüceyrələri müxtəlif enerji təchizatı rejimlərində işləyə bilər.PEM hüceyrəsi kommersiyalaşdırılsa da, onun bəzi çatışmazlıqları var, əsasən yüksək investisiya dəyəri və həm membran, həm də qiymətli metal əsaslı elektrodların yüksək xərcləri.Bundan əlavə, PEM hüceyrələrinin xidmət müddəti qələvi hüceyrələrdən daha qısadır.Gələcəkdə PEM hüceyrəsinin hidrogen istehsal etmək qabiliyyəti çox yaxşılaşdırılmalıdır.