PEMles électrolyseurs utilisent desmembranes échangeuses de protons(0,2 mm) et des électrodes structurées avancées, qui permettent une résistance plus faible et une efficacité plus élevée. La membrane échangeuse de protons à base d'acide perfluorosulfonique (PFSA) possède une stabilité chimique et une robustesse mécanique, capable de résister à des différentiels de pression élevés allant jusqu'à 70 Pa. Cependant, l'environnement acide, la haute tension et l'évolution de l'oxygène à l'anode créent un environnement oxydant difficile. Par conséquent, des métaux nobles comme l'iridium ou le platine sont nécessaires comme matériaux d'électrode, qui assurent non seulement une stabilité à long terme des composants de la cellule, mais également une excellente conductivité électronique, améliorant ainsi l'efficacité de la réaction. Le coût élevé des catalyseurs à base de métaux nobles contribue au coût plus élevé des piles PEM par rapport aux électrolyseurs alcalins.
La conception dePEMLes systèmes d'électrolyseurs PEM sont compacts et simples, mais ils sont sensibles aux impuretés de l'eau telles que le fer, le cuivre, le chrome et le sodium, et sont sujets aux risques d'incendie. Actuellement, la surface des électrodes des électrolyseurs PEM approche les 2000 cm², mais il reste un écart important pour atteindre les objectifs de niveau MW avec des piles simples. De plus, la fiabilité et la durée de vie des grands électrolyseurs PEM de niveau MW doivent encore être validées.
Les composants des systèmes PEM sont beaucoup plus simples que ceux des systèmes alcalins, ne nécessitant généralement qu'une pompe de circulation, un échangeur de chaleur, un contrôle de pression et un équipement de surveillance du côté de l'anode (oxygène). Du côté de la cathode, des composants tels que des séparateurs de gaz, des équipements de désoxygénation pour éliminer l'oxygène résiduel, des sécheurs de gaz et des compresseurs sont généralement nécessaires. Les systèmes PEM peuvent fonctionner dans des conditions de pression atmosphérique, différentielle et équilibrée, ce qui contribue à réduire les coûts, la complexité du système et les dépenses de maintenance.
Condition de pression équilibrée :Les deux côtés de l'électrolyseur fonctionnent à la même pression, contrôlée par des vannes régulant les pressions d'oxygène et d'hydrogène.
Condition de pression atmosphérique (<1 atm) :Lorsque de l’eau est présente sur l’anode et que la tension de la cellule dépasse la tension thermique neutre de la cellule à température ambiante, de l’hydrogène et de l’oxygène sont générés au niveau des électrodes.
Condition de pression différentielle :L'électrolyte à membrane PEM peut fonctionner sous une différence de pression de 3 à 7 MPa, mais une membrane plus épaisse est nécessaire pour améliorer la robustesse mécanique et réduire la perméation des gaz afin de garantir l'efficacité. De plus, des catalyseurs supplémentaires sont généralement nécessaires pour reconvertir l'hydrogène qui s'infiltre en raison de la haute pression en eau.
