Bei der Wasserelektrolyse zur WasserstofferzeugungProtonenaustauschmembran (PEM)Elektrolyseure undAnionenaustauschmembran-Elektrolyseure (AEM)bieten unterschiedliche Funktionen und Anwendungsvorteile. Hier ist ein Überblick über die wichtigsten Unterschiede:
Membranmaterial
PEMElektrolyseureverwenden Protonenaustauschmembranen, typischerweise aus Perfluorsulfonpolymeren wieProtoneXoder Nafion, die Protonen (H+) leiten.
AEM-Elektrolyseureverwenden Anionenaustauschmembranen, die oft aus Polymeren mit positiv geladenen funktionellen Gruppen wie Polystyrolsulfonat (PSSA), Polysulfonsulfonat (PSA), Polyethersulfonsulfonat (PES-SA) und anderen bestehen, die Hydroxidionen (OH-) leiten.
Elektrolyt
PEMElektrolyseureArbeiten normalerweise mit reinem Wasser oder verdünnten Säurelösungen.
AEM-Elektrolyseurekann verdünnte alkalische Lösungen oder reines Wasser verwenden und bietet so mehr Flexibilität bei der Materialauswahl.
Katalysatoren
PEM-Elektrolyseureerfordern Katalysatoren, die sauren Umgebungen standhalten. Platin (Pt) wird üblicherweise für die Wasserstoffentwicklung an der Kathode verwendet, während Iridiumoxid (IrO2) für die Sauerstoffentwicklung an der Anode verwendet wird.
AEM-Elektrolyseurekönnen Nichtedelmetallkatalysatoren in alkalischen Umgebungen verwenden, was zur Kostensenkung beiträgt.
Betriebsumgebung
PEM-Elektrolyseurewerden unter sauren Bedingungen betrieben, was Materialien mit hoher Säurebeständigkeit und chemischer Stabilität erfordert.
AEM-ElektrolyseureFunktioniert in alkalischen Umgebungen und ermöglicht die Verwendung einer größeren Bandbreite an Materialien, einschließlich kostengünstiger, nichtrostender und unedler Metalle.
Effizienz und Kosten
PEM-Elektrolyseuregelten aufgrund ihrer hohen Stromdichte und der Fähigkeit, hochreinen Wasserstoff zu erzeugen, als äußerst effizient, sind allerdings tendenziell teurer.
AEM-Elektrolyseurekombinieren die Kostenvorteile der alkalischen Elektrolyse mit der einfachen Effizienz von PEM-Systemen und bieten Vorteile wie eine schnelle Inbetriebnahme und einen geringen Energieverbrauch.
Technologiereife
PEM-Elektrolyseuresind relativ ausgereift und wurden bereits für die Wasserstoffproduktion und Brennstoffzellenanwendungen kommerzialisiert.
AEM-Elektrolyseurebefinden sich noch in der Entwicklungsphase. Sie sind zwar kostengünstig und einfach zu bedienen, es bedarf jedoch weiterer Forschung, um die Produktlebensdauer und Skalierbarkeit für die Wasserstoffproduktion zu verbessern.
Systemdesign
PEM-Elektrolyseureerfordern eine sorgfältige Berücksichtigung der chemischen Stabilität und mechanischen Festigkeit der Protonenaustauschmembran sowie der Haltbarkeit der Edelmetallkatalysatoren.
AEM-Elektrolyseureerfordern Aufmerksamkeit hinsichtlich der Membranleitfähigkeit, der alkalischen Stabilität und der Wahl von Katalysatoren und Materialien, die mit alkalischen Umgebungen kompatibel sind.
Anwendungspotenzial
PEM-Elektrolyseuresind ideal für Anwendungen, die hochreinen Wasserstoff erfordern, wie etwa Wasserstoffquellen für Brennstoffzellen.
AEM-Elektrolyseureweisen aufgrund ihrer geringen Kosten und einfachen Handhabung in Kombination mit erneuerbaren Energiequellen ein großes Potenzial für die großtechnische Produktion von erneuerbarem Wasserstoff auf.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl PEM- als auch AEM-Elektrolyseure ihre einzigartigen Stärken haben. Die Wahl zwischen den beiden Technologien hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen, der Kosteneffizienzanalyse und den Betriebsbedingungen ab. Mit fortschreitender Forschung können Innovationen bei AEM-Materialien und Systemdesigns neue Marktchancen für die Wasserstoffproduktion im großen Maßstab eröffnen.
