प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) इलेक्ट्रोलाइटिक वॉटर हायड्रोजन उत्पादन तंत्रज्ञान प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

1966 मध्ये, जनरल इलेक्ट्रिक कंपनीने इलेक्ट्रोलाइट म्हणून पॉलिमर झिल्ली वापरून प्रोटॉन वहन संकल्पनेवर आधारित वॉटर इलेक्ट्रोलाइटिक सेल विकसित केला.1978 मध्ये जनरल इलेक्ट्रिकने पीईएम सेलचे व्यावसायिकीकरण केले.सध्या, कंपनी कमी PEM पेशींचे उत्पादन करते, मुख्यत्वे त्याचे मर्यादित हायड्रोजन उत्पादन, अल्प आयुष्य आणि उच्च गुंतवणूक खर्चामुळे.पीईएम सेलमध्ये द्विध्रुवीय रचना असते आणि पेशींमधील विद्युत कनेक्शन द्विध्रुवीय प्लेट्सद्वारे केले जातात, जे व्युत्पन्न वायू सोडण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतात.एनोड, कॅथोड आणि मेम्ब्रेन ग्रुप मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड असेंब्ली (MEA) बनवतात. इलेक्ट्रोड सहसा प्लॅटिनम किंवा इरिडियम सारख्या मौल्यवान धातूंनी बनलेला असतो.एनोडवर, ऑक्सिजन, इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन तयार करण्यासाठी पाण्याचे ऑक्सीकरण केले जाते.कॅथोडवर, एनोडद्वारे तयार केलेले ऑक्सिजन, इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन हे पडद्याद्वारे कॅथोडमध्ये फिरतात, जिथे ते हायड्रोजन वायू तयार करण्यासाठी कमी केले जातात.पीईएम इलेक्ट्रोलायझरचे तत्त्व आकृतीमध्ये दर्शविले आहे.

PEM इलेक्ट्रोलाइटिक पेशी सामान्यत: 30Nm3/h च्या कमाल हायड्रोजन उत्पादनासह आणि 174kW च्या वीज वापरासह लहान-प्रमाणात हायड्रोजन उत्पादनासाठी वापरल्या जातात.अल्कधर्मी सेलच्या तुलनेत, PEM सेलचा वास्तविक हायड्रोजन उत्पादन दर जवळजवळ संपूर्ण मर्यादा श्रेणी व्यापतो.PEM सेल अल्कधर्मी सेलपेक्षा जास्त वर्तमान घनतेवर, अगदी 1.6A/cm2 पर्यंत कार्य करू शकतो आणि इलेक्ट्रोलाइटिक कार्यक्षमता 48%-65% आहे.पॉलिमर फिल्म उच्च तापमानास प्रतिरोधक नसल्यामुळे, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलचे तापमान अनेकदा 80°C च्या खाली असते.Hoeller इलेक्ट्रोलायझरने लहान PEM इलेक्ट्रोलायझर्ससाठी ऑप्टिमाइझ सेल पृष्ठभाग तंत्रज्ञान विकसित केले आहे. सेलची रचना आवश्यकतेनुसार केली जाऊ शकते, मौल्यवान धातूंचे प्रमाण कमी करणे आणि ऑपरेटिंग प्रेशर वाढवणे.PEM इलेक्ट्रोलायझरचा मुख्य फायदा हा आहे की हायड्रोजन उत्पादन पुरवलेल्या ऊर्जेसह जवळजवळ समकालिकपणे बदलते, जे हायड्रोजन मागणी बदलण्यासाठी योग्य आहे.Hoeller पेशी सेकंदात 0-100% लोड रेटिंग बदलांना प्रतिसाद देतात.Hoeller च्या पेटंट तंत्रज्ञानाच्या प्रमाणीकरण चाचण्या सुरू आहेत आणि चाचणी सुविधा 2020 च्या अखेरीस तयार केली जाईल.

PEM पेशींद्वारे उत्पादित हायड्रोजनची शुद्धता 99.99% इतकी जास्त असू शकते, जी अल्कधर्मी पेशींपेक्षा जास्त आहे.याव्यतिरिक्त, पॉलिमर झिल्लीची अत्यंत कमी गॅस पारगम्यता ज्वलनशील मिश्रण तयार होण्याचा धोका कमी करते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोलायझर अत्यंत कमी वर्तमान घनतेवर कार्य करू शकते.इलेक्ट्रोलायझरला पुरवलेल्या पाण्याची चालकता 1S/cm पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे.पॉलिमर झिल्ली ओलांडून प्रोटॉन वाहतूक पॉवर चढउतारांना त्वरीत प्रतिसाद देते, PEM पेशी वेगवेगळ्या वीज पुरवठा मोडमध्ये कार्य करू शकतात.जरी पीईएम सेलचे व्यावसायिकीकरण केले गेले असले तरी त्याचे काही तोटे आहेत, प्रामुख्याने उच्च गुंतवणूक खर्च आणि दोन्ही पडदा आणि मौल्यवान धातू आधारित इलेक्ट्रोड्सचा उच्च खर्च.याव्यतिरिक्त, PEM पेशींचे सेवा आयुष्य क्षारीय पेशींपेक्षा कमी असते.भविष्यात, हायड्रोजन तयार करण्यासाठी पीईएम सेलची क्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारणे आवश्यक आहे.