PEMelektrolyzers gebruiken dunprotonenuitwisselingsmembranen(0,2 mm) en geavanceerde gestructureerde elektroden, die een lagere weerstand en hogere efficiëntie mogelijk maken. Het perfluorosulfonzuurprotonuitwisselingsmembraan (PFSA) bezit chemische stabiliteit en mechanische robuustheid, en kan hoge drukverschillen tot 70 Pa weerstaan. De zure omgeving, hoge spanning en zuurstofontwikkeling bij de anode creëren echter een agressieve oxidatieve omgeving. Daarom zijn edelmetalen zoals iridium of platina vereist als elektrodematerialen, die niet alleen zorgen voor stabiliteit op de lange termijn voor de celcomponenten, maar ook voor uitstekende elektronische geleidbaarheid, waardoor de reactie-efficiëntie wordt verbeterd. De hoge kosten van edelmetaalkatalysatoren dragen bij aan de hogere kosten van PEM-stapels in vergelijking met alkalische elektrolyzers.
Het ontwerp vanPEMelektrolyzersystemen zijn compact en eenvoudig, maar ze zijn gevoelig voor waterverontreinigingen zoals ijzer, koper, chroom en natrium, en zijn vatbaar voor brandgevaar. Momenteel nadert het elektrodeoppervlak van PEM-elektrolyzers 2000 cm², maar er blijft een aanzienlijke kloof om MW-niveaudoelen te bereiken met enkele stapels. Bovendien moeten de betrouwbaarheid en levensduur van grote MW-niveau PEM-elektrolyzers nog steeds worden gevalideerd.
PEM-systeemcomponenten zijn veel eenvoudiger dan die van alkalische systemen en vereisen doorgaans alleen een circulatiepomp, warmtewisselaar, drukregeling en bewakingsapparatuur aan de anode (zuurstof) zijde. Aan de kathodezijde zijn doorgaans componenten zoals gasscheiders, zuurstofverwijderingsapparatuur voor het verwijderen van restzuurstof, gasdrogers en compressoren nodig. PEM-systemen kunnen werken onder atmosferische, differentiële en gebalanceerde drukomstandigheden, wat helpt de kosten, systeemcomplexiteit en onderhoudskosten te verlagen.
Gebalanceerde drukconditie:Beide zijden van de elektrolyser werken met dezelfde druk, aangestuurd door kleppen die de zuurstof- en waterstofdruk regelen.
Atmosferische drukconditie (<1 atm):Wanneer er water op de anode aanwezig is en de celspanning de thermisch neutrale celspanning bij omgevingstemperatuur overschrijdt, worden er waterstof en zuurstof bij de elektroden gegenereerd.
Differentiële drukconditie:De PEM-membraanelektrolyt kan werken onder een drukverschil van 3-7 MPa, maar een dikker membraan is vereist om de mechanische robuustheid te verbeteren en gaspermeatie te verminderen om efficiëntie te garanderen. Bovendien zijn er doorgaans extra katalysatoren nodig om waterstof dat door hoge druk permeëert terug om te zetten in water.
