PEMLos electrolizadores utilizan delgadasmembranas de intercambio de protones(0,2 mm) y electrodos estructurados avanzados, que permiten una menor resistencia y una mayor eficiencia. La membrana de intercambio de protones de ácido perfluorosulfónico (PFSA) posee estabilidad química y robustez mecánica, capaz de soportar altas diferencias de presión de hasta 70 Pa. Sin embargo, el entorno ácido, el alto voltaje y la evolución de oxígeno en el ánodo crean un entorno oxidativo agresivo. Por lo tanto, se requieren metales nobles como el iridio o el platino como materiales de electrodos, que no solo brindan estabilidad a largo plazo para los componentes de la celda, sino también una excelente conductividad electrónica, mejorando así la eficiencia de la reacción. El alto costo de los catalizadores de metales nobles contribuye al mayor gasto de las pilas PEM en comparación con los electrolizadores alcalinos.
El diseño dePEMLos sistemas de electrolizadores PEM son compactos y sencillos, pero son sensibles a las impurezas del agua, como hierro, cobre, cromo y sodio, y son propensos a riesgos de incendio. Actualmente, el área de electrodos de los electrolizadores PEM se acerca a los 2000 cm², pero sigue habiendo una brecha significativa para alcanzar los objetivos de nivel de MW con pilas individuales. Además, la confiabilidad y la vida útil de los electrolizadores PEM de gran nivel de MW aún requieren validación.
Los componentes de los sistemas PEM son mucho más simples que los de los sistemas alcalinos, y normalmente solo requieren una bomba de circulación, un intercambiador de calor, un control de presión y un equipo de monitoreo en el lado del ánodo (oxígeno). En el lado del cátodo, generalmente se necesitan componentes como separadores de gas, equipos de desoxigenación para eliminar el oxígeno residual, secadores de gas y compresores. Los sistemas PEM pueden funcionar en condiciones de presión atmosférica, diferencial y equilibrada, lo que ayuda a reducir los costos, la complejidad del sistema y los gastos de mantenimiento.
Condición de presión equilibrada:Ambos lados del electrolizador funcionan a la misma presión, controlada por válvulas que regulan las presiones de oxígeno e hidrógeno.
Condición de presión atmosférica (<1 atm):Cuando hay agua presente en el ánodo y el voltaje de la celda excede el voltaje de la celda neutral térmica a temperatura ambiente, se generan hidrógeno y oxígeno en los electrodos.
Condición de presión diferencial:El electrolito de membrana PEM puede funcionar con una diferencia de presión de 3 a 7 MPa, pero se requiere una membrana más gruesa para mejorar la robustez mecánica y reducir la permeación de gas para garantizar la eficiencia. Además, normalmente se necesitan catalizadores adicionales para convertir el hidrógeno que se filtra debido a la alta presión en agua.
