Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse

Die Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse) hat gegenüber der alkalischen Elektrolyse den Vorteil, dass sie einen größeren Teillastbereich aufweist und eine schnelle dynamische Betriebsweise ermöglicht. In Kombination mit einer fluktuierenden Stromquelle sind diese Eigenschaften von Vorteil, weshalb die PEM-Elektrolyse Gegenstand vieler Forschungsprojekte ist.

Beschreibung des Konzeptes

Bei der PEM-Elektrolyse sind die Anode und die Kathode durch eine Protonenaustauschmembran voneinander getrennt. Diese Membran ermöglicht den Austausch von Protonen und verhindert die Vermischung von Sauerstoff und Wasserstoff. Die Elektroden bestehen in der Regel aus Edelmetallen und werden direkt auf der Membran angebracht. Wird eine äußere Spannung angelegt, entstehen Sauerstoff, freie Elektronen und positiv geladene Wasserstoffionen an der Anode. Letztere diffundieren durch die Membran zur Kathode, wo sie mit den Elektronen zu Wasserstoff umgesetzt werden. Der minimale Betriebspunkt der PEM-Elektrolyse wird durch die tolerierbare Grenze der Gasreinheit des produzierten Wasserstoffs festgelegt. Auf Zellebene ist ein Teillastbereich bis 0 Prozent möglich, ohne dass die Fremdgaskonzentration kritische Werte erreicht. Auf Systemebene, d. h. bei Kombination der Elektrolyse mit der Peripherie, beträgt die untere Teillastgrenze 5 Prozent der Nennleistung.

Entwicklungsstand und -ziele

Wurde die PEM-Elektrolyse in der Vergangenheit überwiegend in Nischenanwendungen und im kleinen Leistungsbereich eingesetzt, soll sie zukünftig auch für Anwendungen mit größeren Leistungen zur Verfügung stehen. Dazu müssen die erreichten Leistungs- und Lebensdauerwerte auf große Leistungsbereiche übertragen werden. In den letzten Jahren konnten bereits Fortschritte und Betriebsdauern von knapp 20.000 Stunden erzielt werden, was drei Jahren bei einer Auslastung von 75 Prozent entspricht. Dieser Wert soll weiter gesteigert werden. Außerdem steht die Kostensenkung bei den eingesetzten Materialien im Vordergrund.

Synonym(e):

Protonenaustauschmembran-Elektrolyse

Englische Übersetzung(en):

proton exchange membrane electrolysis, polymer electrolyte membrane electrolysis, PEM electrolysis