Elektrolisis Membran Pertukaran Proton(Elektrolisis PEM) menggunakan amembran pertukaran protonsebagai elektrolit, di mana tindak balas kimia berikut berlaku pada anod dan katod:
Anod:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Katod:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
Elektrolisis PEM adalah cekapelektrolisis airteknologi yang digunakan terutamanya untuk memecahkan air kepada hidrogen dan oksigen. Peranti elektrolisis PEM terdiri daripada elektrolisis dan sistem tambahan, dengan komponen teras elektrolisis termasuk elektrod membran, lapisan resapan gas dan plat bipolar. Elektrod membran adalah salah satu komponen utamamembran pertukaran protonperanti elektrolisis. Membran pertukaran proton (PEM) disalut dengan lapisan pemangkin pada kedua-dua belah, membentuk elektrod membran. Pemangkin katod biasanya merupakan mangkin berasaskan platinum, sama seperti yang digunakan dalamsel bahan api, yang menggalakkan secara berkesanpenjanaan hidrogen. Keperluan untuk mangkin anod adalah lebih ketat kerana persekitaran pengoksidaan yang kuat di bahagian anod; tindak balas evolusi oksigen memerlukan penggunaan bahan pemangkin tahan pengoksidaan dan tahan kakisan. Pada masa ini, iridium (Ir), ruthenium (Ru), dan oksidanya (seperti IrO₂ dan RuO₂) ialah pemangkin anod yang paling biasa digunakan, kerana bahan-bahan ini mempamerkan kestabilan dan prestasi pemangkin yang sangat baik, mengekalkan kecekapan elektrolisis yang baik pada ketumpatan arus tinggi.
Themembran pertukaran proton (PEM)memainkan peranan penting dalamElektrolisis PEMperanti. Bahan PEM yang biasa digunakan termasuk siri Nafion, seperti Nafion 115 dan Nafion 117, yang mempunyai kekonduksian proton yang tinggi dan kestabilan kimia, mengasingkan gas dengan berkesan dan mengalirkan proton. Disebabkan oleh kenipisan membran pertukaran proton, rintangannya adalah rendah, membolehkan peranti elektrolisis PEM menahan arus dan tekanan tinggi tanpa kawalan tekanan yang ketat pada kedua-dua belah membran. Selain itu, peranti elektrolisis PEM boleh bermula dan berhenti dengan cepat, bertindak balas dengan pantas kepada pelarasan kuasa, menjadikannya sesuai untuk input turun naik daripada sumber tenaga boleh diperbaharui.
Lapisan Resapan Gas (GDL) ialah satu lagi komponen penting peranti elektrolisis PEM. GDL biasanya diperbuat daripada bahan berasaskan titanium berliang yang disalut dengan logam berharga, yang bukan sahaja memberikan kekonduksian dan kekuatan mekanikal yang baik tetapi juga menawarkan laluan resapan gas yang seragam, dengan itu meningkatkan kecekapan elektrolisis dan pengeluaran gas.
Elektrolisis PEMteknologi mempunyai banyak kelebihan. Pertama, kekonduksian proton yang tinggi dan rintangan rendah membran pertukaran proton membolehkan elektrolisis PEM beroperasi pada ketumpatan arus yang tinggi, meningkatkan pengeluaran hidrogen. Kedua, struktur padat peranti elektrolisis PEM membolehkan ketumpatan kuasa tinggi, membolehkan pengeluaran hidrogen yang ketara dalam ruang terhad. Selain itu, peranti elektrolisis PEM boleh bermula dan berhenti dengan cepat, menyesuaikan diri dengan kebolehubahan penjanaan tenaga boleh diperbaharui, menjadikannya sangat sesuai untuk penyepaduan dengan tenaga angin dan suria untuk pengeluaran hidrogen hijau.
Walau bagaimanapun,Elektrolisis PEMteknologi juga menghadapi beberapa cabaran. Yang pertama ialah kos pemangkin, terutamanya logam berharga yang mahal seperti iridium dan ruthenium yang diperlukan untuk mangkin anod, yang mengehadkan penggunaan berskala besar. Tambahan pula, ketahanan dan kestabilan kimiamembran pertukaran protondan lapisan resapan gas memerlukan penyelidikan dan pengoptimuman lanjut. Dengan kemajuan berterusan dalam sains bahan dan teknologi pembuatan, adalah dipercayai bahawa isu-isu ini akan ditangani secara beransur-ansur pada masa hadapan.
Kesimpulannya,Elektrolisis PEMteknologi menunjukkan potensi besar dalam pengeluaran hidrogen, terutamanya bersama-sama dengan penjanaan tenaga boleh diperbaharui, menawarkan kelebihan yang berbeza. Melalui penambahbaikan dan pengoptimuman teknologi berterusan, elektrolisis PEM dijangka menjadi salah satu laluan teknologi arus perdana untuk pengeluaran hidrogen hijau pada masa hadapan, memberikan sumbangan penting kepada promosi dan penggunaan tenaga bersih.
