Thuis > Nieuws > Nieuws uit de sector

Protonenuitwisselingsmembraan (PEM) elektrolytisch water waterstof productietechnologie vooruitgang en economische analyse

2023-02-02

In 1966 ontwikkelde General Electric Company een waterelektrolytische cel op basis van het protongeleidingsconcept, waarbij een polymeermembraan als elektrolyt werd gebruikt.PEM-cellen werden in 1978 door General Electric op de markt gebracht.Momenteel produceert het bedrijf minder PEM-cellen, voornamelijk vanwege de beperkte waterstofproductie, korte levensduur en hoge investeringskosten.Een PEM-cel heeft een bipolaire structuur en elektrische verbindingen tussen cellen worden gemaakt door middel van bipolaire platen, die een belangrijke rol spelen bij het afvoeren van de gegenereerde gassen.De anode, kathode en membraangroep vormen de membraanelektrode-eenheid (MEA). De elektrode is meestal samengesteld uit edele metalen zoals platina of iridium.Aan de anode wordt water geoxideerd om zuurstof, elektronen en protonen te produceren.Aan de kathode circuleren de zuurstof, elektronen en protonen geproduceerd door de anode door het membraan naar de kathode, waar ze worden gereduceerd om waterstofgas te produceren.Het principe van PEM-elektrolyser wordt weergegeven in de figuur.

PEM-elektrolytische cellen worden meestal gebruikt voor kleinschalige waterstofproductie, met een maximale waterstofproductie van ongeveer 30 Nm3/h en een stroomverbruik van 174 kW.Vergeleken met de alkalische cel bestrijkt de werkelijke waterstofproductiesnelheid van de PEM-cel bijna het hele limietbereik.De PEM-cel kan werken met een hogere stroomdichtheid dan de alkalinecel, zelfs tot 1,6 A/cm2, en het elektrolytische rendement is 48%-65%.Omdat de polymeerfilm niet bestand is tegen hoge temperaturen, is de temperatuur van de elektrolytische cel vaak lager dan 80°C.Hoeller electrolyzer heeft een geoptimaliseerde celoppervlaktetechnologie ontwikkeld voor kleine PEM-elektrolyzers. De cellen kunnen worden ontworpen volgens de vereisten, waardoor de hoeveelheid edelmetalen wordt verminderd en de werkdruk wordt verhoogd.Het grote voordeel van PEM electrolyzer is dat de waterstofproductie bijna synchroon verandert met de geleverde energie, wat geschikt is voor de verandering van de waterstofvraag.Hoeller-cellen reageren binnen enkele seconden op 0-100% belastingsveranderingen.De gepatenteerde technologie van Hoeller wordt momenteel gevalideerd en de testfaciliteit zal eind 2020 worden gebouwd.

De zuiverheid van waterstof geproduceerd door PEM-cellen kan oplopen tot 99,99%, wat hoger is dan die van alkalische cellen.Bovendien vermindert de extreem lage gasdoorlaatbaarheid van het polymeermembraan het risico op de vorming van brandbare mengsels, waardoor de elektrolyseur kan werken met extreem lage stroomdichtheden.De geleidbaarheid van het water dat aan de elektrolyseur wordt toegevoerd, moet kleiner zijn dan 1S/cm.Omdat protonentransport over het polymeermembraan snel reageert op stroomfluctuaties, kunnen PEM-cellen in verschillende voedingsmodi werken.Hoewel de PEM-cel op de markt is gebracht, heeft deze enkele nadelen, voornamelijk de hoge investeringskosten en de hoge kosten van zowel op membraan als op edelmetaal gebaseerde elektroden.Bovendien is de levensduur van PEM-cellen korter dan die van alkalinecellen.In de toekomst moet de capaciteit van PEM-cellen om waterstof te produceren sterk worden verbeterd.

We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept