ПЕМэлектролизеры используют тонкиепротонообменные мембраны(0,2 мм) и усовершенствованные структурированные электроды, которые обеспечивают более низкое сопротивление и более высокую эффективность. Протонообменная мембрана перфторсульфоновой кислоты (ПФСА) обладает химической стабильностью и механической прочностью, способной выдерживать высокие перепады давления до 70 Па. Однако кислая среда, высокое напряжение и выделение кислорода на аноде создают жесткую окислительную среду. Поэтому в качестве электродных материалов требуются благородные металлы, такие как иридий или платина, которые не только обеспечивают долговременную стабильность компонентов ячейки, но и отличную электронную проводимость, тем самым повышая эффективность реакции. Высокая стоимость катализаторов из благородных металлов способствует более высокой стоимости стеков ПЕМ по сравнению со щелочными электролизерами.
ДизайнПЕМЭлектролизные системы компактны и просты, но они чувствительны к примесям в воде, таким как железо, медь, хром и натрий, и склонны к пожароопасности. В настоящее время площадь электродов электролизеров ПЕМ приближается к 2000 см², но остается значительный разрыв для достижения целевых показателей уровня МВт с помощью отдельных стеков. Кроме того, надежность и срок службы электролизеров ПЕМ большого уровня МВт все еще требуют проверки.
Компоненты системы ПЕМ намного проще, чем у щелочных систем, обычно требуя только циркуляционный насос, теплообменник, контроль давления и контрольное оборудование на анодной (кислородной) стороне. На катодной стороне обычно требуются такие компоненты, как газоотделители, оборудование для дезоксигенации для удаления остаточного кислорода, осушители газа и компрессоры. Системы ПЕМ могут работать в условиях атмосферного, дифференциального и сбалансированного давления, что помогает снизить затраты, сложность системы и расходы на техническое обслуживание.
Условие сбалансированного давления:Обе стороны электролизера работают под одинаковым давлением, контролируемым клапанами, регулирующими давление кислорода и водорода.
Условие атмосферного давления (<1 атм):Когда на аноде присутствует вода и напряжение элемента превышает термонейтральное напряжение элемента при температуре окружающей среды, на электродах образуются водород и кислород.
Условие перепада давления:Электролит мембраны ПЕМ может работать при перепаде давления 3-7 МПа, но для повышения механической прочности и снижения газопроницаемости для обеспечения эффективности требуется более толстая мембрана. Кроме того, для преобразования водорода, который проникает из-за высокого давления, обратно в воду обычно требуются дополнительные катализаторы.
