ప్రోటాన్ ఎక్స్ఛేంజ్ మెమ్బ్రేన్ (PEM) విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సాంకేతిక పురోగతి మరియు ఆర్థిక విశ్లేషణ

1966లో, జనరల్ ఎలక్ట్రిక్ కంపెనీ పాలిమర్ మెమ్బ్రేన్‌ను ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగించి ప్రోటాన్ కండక్షన్ కాన్సెప్ట్ ఆధారంగా వాటర్ ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్‌ను అభివృద్ధి చేసింది.PEM కణాలు 1978లో జనరల్ ఎలక్ట్రిక్ ద్వారా వాణిజ్యీకరించబడ్డాయి.ప్రస్తుతం, కంపెనీ తక్కువ PEM కణాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ప్రధానంగా దాని పరిమిత హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి, తక్కువ జీవితం మరియు అధిక పెట్టుబడి వ్యయం కారణంగా.PEM సెల్ బైపోలార్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు కణాల మధ్య విద్యుత్ కనెక్షన్‌లు బైపోలార్ ప్లేట్ల ద్వారా తయారు చేయబడతాయి, ఇవి ఉత్పత్తి చేయబడిన వాయువులను విడుదల చేయడంలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి.యానోడ్, కాథోడ్ మరియు మెమ్బ్రేన్ సమూహం మెమ్బ్రేన్ ఎలక్ట్రోడ్ అసెంబ్లీ (MEA) ను ఏర్పరుస్తుంది. ఎలక్ట్రోడ్ సాధారణంగా ప్లాటినం లేదా ఇరిడియం వంటి విలువైన లోహాలతో కూడి ఉంటుంది.యానోడ్ వద్ద, ఆక్సిజన్, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ప్రోటాన్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి నీరు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది.కాథోడ్ వద్ద, యానోడ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఆక్సిజన్, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ప్రోటాన్‌లు పొర ద్వారా కాథోడ్‌కు తిరుగుతాయి, అక్కడ అవి హైడ్రోజన్ వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి తగ్గించబడతాయి.PEM ఎలక్ట్రోలైజర్ సూత్రం చిత్రంలో చూపబడింది.

PEM విద్యుద్విశ్లేషణ కణాలు సాధారణంగా చిన్న-స్థాయి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి ఉపయోగించబడతాయి, గరిష్టంగా 30Nm3/h హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి మరియు 174kW విద్యుత్ వినియోగం.ఆల్కలీన్ సెల్‌తో పోలిస్తే, PEM సెల్ యొక్క వాస్తవ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి రేటు దాదాపు మొత్తం పరిమితి పరిధిని కవర్ చేస్తుంది.PEM సెల్ ఆల్కలీన్ సెల్ కంటే 1.6A/cm2 వరకు అధిక కరెంట్ సాంద్రతతో పని చేస్తుంది మరియు విద్యుద్విశ్లేషణ సామర్థ్యం 48%-65%.పాలిమర్ ఫిల్మ్ అధిక ఉష్ణోగ్రతకు నిరోధకతను కలిగి లేనందున, విద్యుద్విశ్లేషణ సెల్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత తరచుగా 80 ° C కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.హోల్లెర్ ఎలక్ట్రోలైజర్ చిన్న PEM ఎలక్ట్రోలైజర్‌ల కోసం ఆప్టిమైజ్ చేసిన సెల్ ఉపరితల సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేసింది. కణాలను అవసరాలకు అనుగుణంగా రూపొందించవచ్చు, విలువైన లోహాల మొత్తాన్ని తగ్గించడం మరియు ఆపరేటింగ్ ఒత్తిడిని పెంచడం.PEM ఎలక్ట్రోలైజర్ యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం ఏమిటంటే, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి దాదాపుగా సరఫరా చేయబడిన శక్తితో ఏకకాలంలో మారుతుంది, ఇది హైడ్రోజన్ డిమాండ్ మార్పుకు అనుకూలంగా ఉంటుంది.హోల్లర్ కణాలు సెకన్లలో 0-100% లోడ్ రేటింగ్ మార్పులకు ప్రతిస్పందిస్తాయి.హోల్లెర్ యొక్క పేటెంట్ పొందిన సాంకేతికత ధ్రువీకరణ పరీక్షలకు లోనవుతోంది మరియు పరీక్షా సౌకర్యం 2020 చివరి నాటికి నిర్మించబడుతుంది.

PEM కణాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్ స్వచ్ఛత 99.99% వరకు ఉంటుంది, ఇది ఆల్కలీన్ కణాల కంటే ఎక్కువ.అదనంగా, పాలిమర్ పొర యొక్క అతి తక్కువ గ్యాస్ పారగమ్యత మండే మిశ్రమాలను ఏర్పరుచుకునే ప్రమాదాన్ని తగ్గిస్తుంది, ఎలక్ట్రోలైజర్ చాలా తక్కువ కరెంట్ సాంద్రతతో పనిచేయడానికి అనుమతిస్తుంది.విద్యుద్విశ్లేషణకు సరఫరా చేయబడిన నీటి వాహకత తప్పనిసరిగా 1S/cm కంటే తక్కువగా ఉండాలి.పాలిమర్ పొర అంతటా ప్రోటాన్ రవాణా శక్తి హెచ్చుతగ్గులకు త్వరగా ప్రతిస్పందిస్తుంది కాబట్టి, PEM కణాలు వేర్వేరు విద్యుత్ సరఫరా మోడ్‌లలో పనిచేస్తాయి.PEM సెల్ వాణిజ్యీకరించబడినప్పటికీ, దీనికి కొన్ని ప్రతికూలతలు ఉన్నాయి, ప్రధానంగా అధిక పెట్టుబడి వ్యయం మరియు పొర మరియు విలువైన లోహ ఆధారిత ఎలక్ట్రోడ్‌ల రెండింటి యొక్క అధిక వ్యయం.అదనంగా, PEM కణాల సేవా జీవితం ఆల్కలీన్ కణాల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.భవిష్యత్తులో, హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసే PEM సెల్ సామర్థ్యాన్ని బాగా మెరుగుపరచాలి.