Proton Değişim Membran Elektrolizi(PEM elektrolizi) kullanırproton değişim zarıElektrolit olarak, anot ve katotta aşağıdaki kimyasal reaksiyonların meydana geldiği:
Anot:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Katot:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
PEM elektrolizi verimli bir yöntemdirsu elektroliziteknoloji, esas olarak suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için kullanılır. PEM elektroliz cihazı, elektrolizörün çekirdek bileşenleri membran elektrot, gaz difüzyon tabakası ve bipolar plakalar olmak üzere bir elektrolizör ve yardımcı sistemlerden oluşur. Membran elektrot, elektrolizörün temel bileşenlerinden biridir.proton değişim zarıelektroliz cihazı. Proton değişim membranı (PEM) her iki tarafı katalitik katmanlarla kaplanmış olup, membran elektrodunu oluşturur. Katot katalizörü tipik olarak, kullanılan katalizöre benzer bir platin bazlı katalizördür.yakıt hücreleri, etkili bir şekilde teşvik edenhidrojen üretimi. Anot katalizörü için gereklilikler, anot tarafındaki güçlü oksidatif ortam nedeniyle daha sıkıdır; oksijen evrim reaksiyonu, oksidasyona dayanıklı ve korozyona dayanıklı katalitik malzemelerin kullanımını gerektirir. Şu anda, iridyum (Ir), rutenyum (Ru) ve bunların oksitleri (IrO₂ ve RuO₂ gibi) en yaygın kullanılan anot katalizörleridir, çünkü bu malzemeler mükemmel kararlılık ve katalitik performans sergiler ve yüksek akım yoğunluklarında iyi elektroliz verimliliğini korur.
Theproton değişim zarı (PEM)kritik bir rol oynarPEM elektrolizicihazlar. Yaygın olarak kullanılan PEM malzemeleri arasında, yüksek proton iletkenliğine ve kimyasal kararlılığa sahip olan, gazları etkili bir şekilde izole eden ve protonları ileten Nafion 115 ve Nafion 117 gibi Nafion serisi bulunur. Proton değişim membranının inceliği nedeniyle direnci düşüktür ve bu da PEM elektroliz cihazının membranın her iki tarafında sıkı basınç kontrolü olmadan yüksek akımlara ve basınçlara dayanmasını sağlar. Dahası, PEM elektroliz cihazları hızlı bir şekilde başlayıp durabilir, güç ayarlamalarına hızlı bir şekilde yanıt verebilir ve bu da onları yenilenebilir enerji kaynaklarından gelen dalgalanan girdiler için uygun hale getirir.
Gaz Difüzyon Katmanı (GDL), PEM elektroliz cihazlarının bir diğer önemli bileşenidir. GDL, genellikle değerli metallerle kaplanmış gözenekli titanyum bazlı malzemelerden yapılır; bu, yalnızca iyi iletkenlik ve mekanik dayanıklılık sağlamakla kalmaz, aynı zamanda düzgün bir gaz difüzyon yolu sunarak elektroliz verimliliğini ve gaz üretimini artırır.
PEM elektroliziteknolojinin birçok avantajı vardır. Birincisi, proton değişim membranının yüksek proton iletkenliği ve düşük direnci, PEM elektrolizörlerinin yüksek akım yoğunluklarında çalışmasını sağlayarak hidrojen üretimini artırır. İkincisi, PEM elektroliz cihazlarının kompakt yapısı, sınırlı alanda önemli hidrojen üretimine olanak tanıyan yüksek güç yoğunluğuna olanak tanır. Ek olarak, PEM elektroliz cihazları hızla başlayıp durabilir, yenilenebilir enerji üretiminin değişkenliğine uyum sağlayabilir ve bu da onları yeşil hidrojen üretimi için rüzgar ve güneş enerjisiyle entegrasyon için özellikle uygun hale getirir.
Fakat,PEM elektroliziteknoloji bazı zorluklarla da karşı karşıyadır. Birincisi, özellikle anot katalizörü için gereken iridyum ve rutenyum gibi pahalı değerli metaller olmak üzere katalizörlerin maliyetidir ve bu da büyük ölçekli uygulamayı sınırlar. Dahası, katalizörün dayanıklılığı ve kimyasal kararlılığıproton değişim zarıve gaz difüzyon katmanının daha fazla araştırma ve optimizasyona ihtiyacı vardır. Malzeme bilimi ve üretim teknolojisindeki devam eden gelişmelerle, bu sorunların gelecekte kademeli olarak ele alınacağına inanılmaktadır.
Sonuç olarak,PEM elektroliziteknoloji, özellikle yenilenebilir enerji üretimiyle birlikte hidrojen üretiminde önemli bir potansiyel göstermekte ve belirgin avantajlar sunmaktadır. Sürekli teknolojik iyileştirmeler ve optimizasyonlar sayesinde, PEM elektrolizinin gelecekte yeşil hidrojen üretimi için ana akım teknolojik yollardan biri haline gelmesi ve temiz enerjinin tanıtımına ve uygulanmasına önemli bir katkı sağlaması beklenmektedir.
