प्रोटोन विनिमय झिल्ली (PEM) इलेक्ट्रोलाइटिक पानी हाइड्रोजन उत्पादन प्रविधि प्रगति र आर्थिक विश्लेषण

1966 मा, जनरल इलेक्ट्रिक कम्पनीले इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा पोलिमर झिल्ली प्रयोग गरेर प्रोटोन प्रवाह अवधारणामा आधारित पानी इलेक्ट्रोलाइटिक सेल विकास गर्यो।PEM सेलहरू 1978 मा जनरल इलेक्ट्रिक द्वारा व्यावसायीकरण गरिएको थियो।हाल, कम्पनीले कम PEM सेलहरू उत्पादन गर्दछ, मुख्यतया यसको सीमित हाइड्रोजन उत्पादन, छोटो जीवन र उच्च लगानी लागतको कारण।एक PEM सेलको द्विध्रुवी संरचना हुन्छ, र कोशिकाहरू बीचको विद्युतीय जडानहरू द्विध्रुवी प्लेटहरू मार्फत गरिन्छ, जसले उत्पन्न ग्यासहरू निर्वहनमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ।एनोड, क्याथोड, र झिल्ली समूह झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली (MEA) बनाउँछ। इलेक्ट्रोड सामान्यतया बहुमूल्य धातुहरू जस्तै प्लेटिनम वा इरिडियमबाट बनेको हुन्छ।एनोडमा, अक्सिजन, इलेक्ट्रोन र प्रोटोनहरू उत्पादन गर्न पानीलाई अक्सिडाइज गरिएको छ।क्याथोडमा, एनोडद्वारा उत्पादित अक्सिजन, इलेक्ट्रोन र प्रोटोनहरू झिल्लीमार्फत क्याथोडमा घुम्छन्, जहाँ तिनीहरू हाइड्रोजन ग्यास उत्पादन गर्न कम हुन्छन्।PEM इलेक्ट्रोलाइजर को सिद्धान्त चित्र मा देखाइएको छ।

PEM इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाहरू सामान्यतया सानो-स्तरीय हाइड्रोजन उत्पादनको लागि प्रयोग गरिन्छ, लगभग 30Nm3/h को अधिकतम हाइड्रोजन उत्पादन र 174kW को पावर खपतको साथ।क्षारीय सेलको तुलनामा, PEM सेलको वास्तविक हाइड्रोजन उत्पादन दरले लगभग सम्पूर्ण सीमा दायरालाई समेट्छ।PEM सेलले क्षारीय सेल भन्दा उच्च वर्तमान घनत्वमा काम गर्न सक्छ, 1.6A/cm2 सम्म पनि, र इलेक्ट्रोलाइटिक दक्षता 48%-65% छ।किनकि पोलिमर फिल्म उच्च तापमानमा प्रतिरोधी छैन, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलको तापक्रम प्रायः 80 डिग्री सेल्सियस भन्दा कम हुन्छ।Hoeller इलेक्ट्रोलाइजरले सानो PEM इलेक्ट्रोलाइजरहरूको लागि एक अनुकूलित सेल सतह प्रविधि विकास गरेको छ। कक्षहरू आवश्यकताहरू अनुसार डिजाइन गर्न सकिन्छ, बहुमूल्य धातुहरूको मात्रा घटाएर र सञ्चालन दबाव बढाउँदै।PEM इलेक्ट्रोलाइजरको मुख्य फाइदा यो हो कि हाइड्रोजन उत्पादन लगभग सिंक्रोनस रूपमा आपूर्ति गरिएको ऊर्जासँग परिवर्तन हुन्छ, जुन हाइड्रोजन मागको परिवर्तनको लागि उपयुक्त छ।Hoeller कक्षहरूले सेकेन्डमा 0-100% लोड मूल्याङ्कन परिवर्तनहरूमा प्रतिक्रिया दिन्छ।Hoeller को प्याटेन्टेड टेक्नोलोजी प्रमाणीकरण परीक्षणबाट गुज्रिरहेको छ, र परीक्षण सुविधा 2020 को अन्त्य सम्ममा निर्माण गरिनेछ।

PEM कोशिकाहरू द्वारा उत्पादित हाइड्रोजनको शुद्धता 99.99% को रूपमा उच्च हुन सक्छ, जुन क्षारीय कोशिकाहरूको भन्दा बढी हो।थप रूपमा, पोलिमर झिल्लीको अत्यन्त कम ग्यास पारगम्यताले ज्वलनशील मिश्रणहरू बन्ने जोखिमलाई कम गर्दछ, जसले इलेक्ट्रोलाइजरलाई अत्यन्त कम वर्तमान घनत्वहरूमा काम गर्न अनुमति दिन्छ।इलेक्ट्रोलाइजरमा आपूर्ति गरिएको पानीको चालकता 1S/cm भन्दा कम हुनुपर्छ।किनकि पोलिमर झिल्लीमा प्रोटोन यातायातले पावर उतार-चढ़ावहरूमा छिटो प्रतिक्रिया दिन्छ, PEM कोशिकाहरू विभिन्न पावर सप्लाई मोडहरूमा काम गर्न सक्छन्।यद्यपि PEM सेललाई व्यावसायीकरण गरिएको छ, यसमा केही बेफाइदाहरू छन्, मुख्यतया उच्च लगानी लागत र दुवै झिल्ली र बहुमूल्य धातु आधारित इलेक्ट्रोडको उच्च खर्च।थप रूपमा, PEM कोशिकाहरूको सेवा जीवन क्षारीय कोशिकाहरूको भन्दा छोटो छ।भविष्यमा, हाइड्रोजन उत्पादन गर्न PEM सेलको क्षमता धेरै सुधार गर्न आवश्यक छ।