PEMηλεκτρολύτες χρησιμοποιούν λεπτόμεμβράνες ανταλλαγής πρωτονίων(0,2 mm) και προηγμένα δομημένα ηλεκτρόδια, που επιτρέπουν χαμηλότερη αντίσταση και υψηλότερη απόδοση. Η μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων υπερφθοροσουλφονικού οξέος (PFSA) διαθέτει χημική σταθερότητα και μηχανική στιβαρότητα, ικανή να αντέχει σε υψηλές διαφορές πίεσης έως και 70 Pa. Ωστόσο, το όξινο περιβάλλον, η υψηλή τάση και η έκλυση οξυγόνου στην άνοδο δημιουργούν ένα σκληρό οξειδωτικό περιβάλλον. Ως εκ τούτου, ως υλικά ηλεκτροδίων απαιτούνται ευγενή μέταλλα όπως το ιρίδιο ή η πλατίνα, τα οποία όχι μόνο παρέχουν μακροπρόθεσμη σταθερότητα για τα στοιχεία της κυψέλης αλλά και εξαιρετική ηλεκτρονική αγωγιμότητα, ενισχύοντας έτσι την αποτελεσματικότητα της αντίδρασης. Το υψηλό κόστος των καταλυτών ευγενών μετάλλων συμβάλλει στο υψηλότερο κόστος των στοίβων PEM σε σύγκριση με τους αλκαλικούς ηλεκτρολύτες.
Ο σχεδιασμός τουPEMΤα συστήματα ηλεκτρολύτη είναι συμπαγή και απλά, ωστόσο είναι ευαίσθητα σε ακαθαρσίες νερού όπως ο σίδηρος, ο χαλκός, το χρώμιο και το νάτριο και είναι επιρρεπείς σε κινδύνους πυρκαγιάς. Επί του παρόντος, η περιοχή ηλεκτροδίων των ηλεκτρολυτών PEM πλησιάζει τα 2000 εκ², αλλά παραμένει ένα σημαντικό κενό για την επίτευξη στόχων σε επίπεδο MW με μεμονωμένες στοίβες. Επιπλέον, η αξιοπιστία και η διάρκεια ζωής των μεγάλων ηλεκτρολυτών PEM επιπέδου MW εξακολουθούν να απαιτούν επικύρωση.
Τα εξαρτήματα του συστήματος PEM είναι πολύ πιο απλά από αυτά των αλκαλικών συστημάτων, και συνήθως απαιτούν μόνο μια αντλία κυκλοφορίας, εναλλάκτη θερμότητας, έλεγχο πίεσης και εξοπλισμό παρακολούθησης στην πλευρά της ανόδου (οξυγόνο). Στην πλευρά της καθόδου, συνήθως χρειάζονται εξαρτήματα όπως διαχωριστές αερίων, εξοπλισμός αποοξυγόνωσης για την απομάκρυνση του υπολειμματικού οξυγόνου, στεγνωτήρες αερίου και συμπιεστές. Τα συστήματα PEM μπορούν να λειτουργήσουν υπό συνθήκες ατμοσφαιρικής, διαφορικής και ισορροπημένης πίεσης, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση του κόστους, της πολυπλοκότητας του συστήματος και των εξόδων συντήρησης.
Κατάσταση ισορροπημένης πίεσης:Και οι δύο πλευρές του ηλεκτρολύτη λειτουργούν με την ίδια πίεση, ελέγχονται από βαλβίδες που ρυθμίζουν τις πιέσεις οξυγόνου και υδρογόνου.
Κατάσταση ατμοσφαιρικής πίεσης (<1 atm):Όταν υπάρχει νερό στην άνοδο και η τάση του στοιχείου υπερβαίνει τη θερμικά ουδέτερη τάση του στοιχείου σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, στα ηλεκτρόδια παράγονται υδρογόνο και οξυγόνο.
Συνθήκη διαφορικής πίεσης:Ο ηλεκτρολύτης μεμβράνης PEM μπορεί να λειτουργήσει υπό διαφορική πίεση 3-7 MPa, αλλά απαιτείται μια παχύτερη μεμβράνη για να ενισχύσει τη μηχανική στιβαρότητα και να μειώσει τη διείσδυση αερίου για να διασφαλιστεί η απόδοση. Επιπλέον, απαιτούνται συνήθως επιπλέον καταλύτες για τη μετατροπή του υδρογόνου που διαπερνά λόγω υψηλής πίεσης πίσω σε νερό.
