PEMelektrolizery wykorzystują cienkiemembrany wymiany protonów(0,2 mm) i zaawansowanej struktury elektrod, które pozwalają na niższy opór i wyższą wydajność. Membrana wymiany protonów kwasu perfluorosulfonowego (PFSA) posiada stabilność chemiczną i wytrzymałość mechaniczną, zdolną wytrzymać wysokie różnice ciśnień do 70 Pa. Jednak kwaśne środowisko, wysokie napięcie i wydzielanie tlenu na anodzie tworzą trudne środowisko utleniające. Dlatego metale szlachetne, takie jak iryd lub platyna, są wymagane jako materiały elektrodowe, które nie tylko zapewniają długoterminową stabilność komponentów ogniw, ale także doskonałą przewodność elektroniczną, zwiększając tym samym wydajność reakcji. Wysoki koszt katalizatorów z metali szlachetnych przyczynia się do wyższych kosztów stosów PEM w porównaniu z elektrolizerami alkalicznymi.
ProjektPEMsystemy elektrolizerów są kompaktowe i proste, ale są wrażliwe na zanieczyszczenia wody, takie jak żelazo, miedź, chrom i sód, i są podatne na zagrożenia pożarowe. Obecnie powierzchnia elektrod elektrolizerów PEM zbliża się do 2000 cm², ale nadal istnieje znaczna luka w osiągnięciu celów na poziomie MW przy użyciu pojedynczych stosów. Ponadto niezawodność i żywotność dużych elektrolizerów PEM na poziomie MW nadal wymagają walidacji.
Komponenty systemu PEM są znacznie prostsze niż te w systemach alkalicznych, zazwyczaj wymagają tylko pompy obiegowej, wymiennika ciepła, kontroli ciśnienia i sprzętu monitorującego po stronie anody (tlenu). Po stronie katody zazwyczaj potrzebne są komponenty, takie jak separatory gazu, sprzęt do deoksygenacji w celu usuwania resztkowego tlenu, osuszacze gazu i sprężarki. Systemy PEM mogą działać w warunkach ciśnienia atmosferycznego, różnicowego i zrównoważonego, co pomaga obniżyć koszty, złożoność systemu i wydatki na konserwację.
Warunki zrównoważonego ciśnienia:Obie strony elektrolizera pracują pod takim samym ciśnieniem, kontrolowanym przez zawory regulujące ciśnienie tlenu i wodoru.
Warunki ciśnienia atmosferycznego (<1 atm):Gdy na anodzie znajduje się woda, a napięcie ogniwa przekracza napięcie ogniwa neutralnego cieplnie w temperaturze otoczenia, na elektrodach wytwarza się wodór i tlen.
Warunek różnicy ciśnień:Elektrolit membrany PEM może działać przy różnicy ciśnień 3-7 MPa, ale grubsza membrana jest wymagana do zwiększenia wytrzymałości mechanicznej i zmniejszenia przepuszczalności gazu, aby zapewnić wydajność. Ponadto, zwykle potrzebne są dodatkowe katalizatory, aby przekształcić wodór, który przenika z powodu wysokiego ciśnienia, z powrotem w wodę.
