प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) इलेक्ट्रोलाइटिक वॉटर हाइड्रोजन उत्पादन प्रौद्योगिकी प्रगति और आर्थिक विश्लेषण

1966 में, जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी ने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में बहुलक झिल्ली का उपयोग करते हुए प्रोटॉन चालन अवधारणा के आधार पर जल इलेक्ट्रोलाइटिक सेल विकसित किया।पीईएम कोशिकाओं का 1978 में जनरल इलेक्ट्रिक द्वारा व्यावसायीकरण किया गया था।वर्तमान में, कंपनी कम पीईएम सेल का उत्पादन करती है, इसका मुख्य कारण इसके सीमित हाइड्रोजन उत्पादन, लघु जीवन और उच्च निवेश लागत है।एक पीईएम सेल में एक द्विध्रुवीय संरचना होती है, और कोशिकाओं के बीच विद्युत संबंध द्विध्रुवी प्लेटों के माध्यम से बनाए जाते हैं, जो उत्पन्न गैसों के निर्वहन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।एनोड, कैथोड और झिल्ली समूह झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली (MEA) बनाते हैं। इलेक्ट्रोड आमतौर पर प्लैटिनम या इरिडियम जैसी कीमती धातुओं से बना होता है।एनोड पर, ऑक्सीजन, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन उत्पन्न करने के लिए पानी का ऑक्सीकरण होता है।कैथोड पर, एनोड द्वारा उत्पादित ऑक्सीजन, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन झिल्ली के माध्यम से कैथोड में प्रसारित होते हैं, जहां वे हाइड्रोजन गैस का उत्पादन करने के लिए कम हो जाते हैं।PEM इलेक्ट्रोलाइज़र का सिद्धांत चित्र में दिखाया गया है।

पीईएम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का उपयोग आमतौर पर छोटे पैमाने पर हाइड्रोजन उत्पादन के लिए किया जाता है, जिसमें अधिकतम हाइड्रोजन उत्पादन लगभग 30Nm3/h और बिजली की खपत 174kW होती है।क्षारीय सेल की तुलना में, PEM सेल की वास्तविक हाइड्रोजन उत्पादन दर लगभग पूरी सीमा सीमा को कवर करती है।PEM सेल क्षारीय सेल की तुलना में उच्च वर्तमान घनत्व पर काम कर सकता है, यहां तक ​​कि 1.6A/cm2 तक, और इलेक्ट्रोलाइटिक दक्षता 48% -65% है।क्योंकि बहुलक फिल्म उच्च तापमान के लिए प्रतिरोधी नहीं है, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल का तापमान अक्सर 80 डिग्री सेल्सियस से नीचे होता है।होलर इलेक्ट्रोलाइजर ने छोटे पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर के लिए एक अनुकूलित सेल सरफेस टेक्नोलॉजी विकसित की है। कोशिकाओं को आवश्यकताओं के अनुसार डिजाइन किया जा सकता है, कीमती धातुओं की मात्रा को कम किया जा सकता है और ऑपरेटिंग दबाव में वृद्धि की जा सकती है।पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर का मुख्य लाभ यह है कि हाइड्रोजन का उत्पादन आपूर्ति की गई ऊर्जा के साथ लगभग समकालिक रूप से बदलता है, जो हाइड्रोजन की मांग में बदलाव के लिए उपयुक्त है।होलर सेल सेकंड में 0-100% लोड रेटिंग परिवर्तन का जवाब देते हैं।होलर की पेटेंट तकनीक का सत्यापन परीक्षण चल रहा है, और परीक्षण सुविधा 2020 के अंत तक बन जाएगी।

PEM कोशिकाओं द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन की शुद्धता 99.99% तक हो सकती है, जो क्षारीय कोशिकाओं की तुलना में अधिक है।इसके अलावा, बहुलक झिल्ली की अत्यंत कम गैस पारगम्यता ज्वलनशील मिश्रण बनाने के जोखिम को कम करती है, जिससे इलेक्ट्रोलाइज़र बेहद कम वर्तमान घनत्व पर काम कर सकता है।इलेक्ट्रोलाइजर को आपूर्ति किए गए पानी की चालकता 1S/cm से कम होनी चाहिए।क्योंकि बहुलक झिल्ली में प्रोटॉन परिवहन बिजली के उतार-चढ़ाव के लिए जल्दी से प्रतिक्रिया करता है, पीईएम सेल विभिन्न बिजली आपूर्ति मोड में काम कर सकते हैं।हालांकि पीईएम सेल का व्यावसायीकरण किया गया है, इसके कुछ नुकसान हैं, मुख्य रूप से उच्च निवेश लागत और झिल्ली और कीमती धातु आधारित इलेक्ट्रोड दोनों का उच्च खर्च।इसके अलावा, पीईएम कोशिकाओं का सेवा जीवन क्षारीय कोशिकाओं की तुलना में कम होता है।भविष्य में, हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए पीईएम सेल की क्षमता में काफी सुधार करने की जरूरत है।