PEMelektrolysörer använder tunnaprotonbytesmembran(0,2 mm) och avancerade strukturerade elektroder, som möjliggör lägre motstånd och högre effektivitet. Perfluorosulfonic acid proton exchange membrane (PFSA) har kemisk stabilitet och mekanisk robusthet, som kan motstå höga tryckskillnader på upp till 70 Pa. Den sura miljön, högspänningen och syreutvecklingen vid anoden skapar dock en hård oxidativ miljö. Därför krävs ädelmetaller som iridium eller platina som elektrodmaterial, vilket inte bara ger långtidsstabilitet för cellkomponenterna utan också utmärkt elektronisk ledningsförmåga, vilket förbättrar reaktionseffektiviteten. Den höga kostnaden för ädelmetallkatalysatorer bidrar till den högre kostnaden för PEM-stackar jämfört med alkaliska elektrolysatorer.
Designen avPEMElektrolyssystemen är kompakta och enkla, men de är ändå känsliga för vattenföroreningar som järn, koppar, krom och natrium och är benägna att utsättas för brandrisker. För närvarande närmar sig elektrodytan för PEM-elektrolysörer 2000 cm², men det finns fortfarande ett betydande gap för att uppnå MW-nivåmål med enkla stackar. Dessutom kräver tillförlitligheten och livslängden för stora PEM-elektrolysatorer på MW-nivå fortfarande validering.
PEM-systemkomponenter är mycket enklare än de i alkaliska system, och kräver vanligtvis endast en cirkulationspump, värmeväxlare, tryckkontroll och övervakningsutrustning på anodsidan (syre). På katodsidan behövs vanligtvis komponenter som gasseparatorer, syreborttagningsutrustning för att avlägsna resterande syre, gastorkar och kompressorer. PEM-system kan arbeta under atmosfäriska, differentiella och balanserade tryckförhållanden, vilket hjälper till att minska kostnader, systemkomplexitet och underhållskostnader.
Balanserat trycktillstånd:Båda sidorna av elektrolysatorn arbetar vid samma tryck, kontrollerat av ventiler som reglerar syre- och vätetrycken.
Atmosfäriskt trycktillstånd (<1 atm):När vatten finns på anoden och cellspänningen överstiger den termiska neutrala cellspänningen vid omgivningstemperatur, genereras väte och syre vid elektroderna.
Differenstrycktillstånd:PEM-membranelektrolyten kan arbeta under en tryckskillnad på 3-7 MPa, men ett tjockare membran krävs för att förbättra den mekaniska robustheten och minska gasgenomträngningen för att säkerställa effektiviteten. Dessutom behövs vanligtvis extra katalysatorer för att omvandla väte som tränger igenom på grund av högt tryck tillbaka till vatten.
