Häufig gestellte Fragen über PEM

Fragen und Antworten über Protonenaustauschmembranen (PEM)

Nafion™ Protonenaustauschmembranen sind der Kern von Technologien, die für die Skalierung von grünem Wasserstoff entscheidend sind – namentlich Wasserelektrolyseure und Brennstoffzellen. Hier sind einige Fragen, die uns am häufigsten über Protonenaustauschmembranen (PEM) und die Prozesse, an denen sie beteiligt sind, gestellt werden. Wenn Sie weitere Fragen haben, die hier nicht beantwortet werden, kontaktieren Sie uns bitte.

PEM für die Wasserelektrolyse

• Worum geht es bei der Wasserelektrolyse?
• Gibt es verschiedene Arten von Wasserelektrolyse?
• Was ist der Protonenaustauschmembranen-Prozess (PEM)?
• Welche Vorteile birgt PEM für die Wasserelektrolyse?
• Gibt es Alternativen zu Nafion™ für PEM für Wasserelektrolyse?

Worum geht es bei der Wasserelektrolyse?

Während des Wasserelektrolyseprozesses wandelt ein Elektrolyseur Strom und Wasser in gasförmigen Wasserstoff und Sauerstoff um, wobei der Wasserstoff für die spätere Verwendung als Energiequelle gespeichert werden kann. Im Gegensatz zu den meisten Methoden der Wasserstofferzeugung entstehen bei der Wasserelektrolyse keine Umweltverschmutzungen oder schädlichen Treibhausgase als Nebenprodukte des Umwandlungsprozesses.

Gibt es verschiedene Arten von Wasserelektrolyse?

Ja, derzeit gibt es zwei Haupttypen von kommerziell erhältlichen Wasserelektrolyse-Systemen: alkalische Elektrolyseure und Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (PEM). Sowohl alkalische als auch PEM-Technologien können vor Ort und bei Bedarf Wasserstoff sowie hochreinen, trockenen und kohlenstofffreien Wasserstoff zu liefern.

Was ist der Protonenaustauschmembranen-Prozess (PEM)?

Bei diesem Verfahren leitet eine PEM Protonen von der Anode zur Kathode, während sie gleichzeitig für eine elektrische Isolierung der Elektroden sorgt.

Negativ geladene Sauerstoffmoleküle geben Elektronen an der Anode ab, um Protonen, Elektronen und O₂ zu bilden, wenn eine Potentialdifferenz (Spannung) zwischen den beiden Elektroden angelegt wird. H+ Ionen wandern durch die protonenleitende Membran zur Kathode, wo sie sich mit den Elektronen zu H₂ verbinden.

Das PEM lässt nur die positiv geladenen Ionen zur Kathode durch.

Welche Vorteile birgt PEM für die Wasserelektrolyse?

Die Wasserelektrolyse mit Protonenaustauschmembran (PEM) bietet eine bessere Alternative, wenn sie mit intermittierenden Stromquellen kombiniert wird. Während die bisherigen hohen Kosten der PEM-Komponenten den Einsatz des Systems in großen kommerziellen Anwendungen in der Vergangenheit eingeschränkt haben, sind die Kosten durch die jüngsten technologischen Entwicklungen erheblich gesunken, weshalb PEM-Komponenten für viele neue Anwendungsfälle besser geeignet sind.

Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseanlagen bieten mehrere Vorteile, dank derer sie sich hervorragend für die Anforderungen der Wasserstoffproduktion des 21. Jahrhunderts eignen.

Protonenaustauschmembrane kann: 

• Betrieb mit hoher Stromdichte, was zu Kosteneinsparungen führt, insbesondere bei Systemen, die mit sehr dynamischen Energiequellen (z. B. Wind und Sonne) gekoppelt sind, bei denen plötzliche Spitzen des Energieeinsatzes ansonsten zu ungenutzter Energie führen würden.
• Aufgrund ihres Polymerelektrolyten arbeiten sie mit einer sehr dünnen Membran, auch bei hohen Drücken.
• Sie erzielen eine höhere Energieeffizienz, da ihre Protonenmembran geringere ohmsche Verluste aufweist.
• Sie weisen eine niedrige Gasübergangsrate auf, was zu einer sehr hohen Gasreinheit des Produkts führt, die für die Lagersicherheit und den direkten Einsatz in Brennstoffzellen entscheidend ist.
• Sie arbeiten ohne korrosive Chemikalien

Protonenaustauschmembranen können auch in kleineren Systemen eingesetzt werden, da sie mit hoher Leistungsdichte arbeiten. Die alkalische Wasserelektrolyse kann den zehnfachen Platzbedarf der PEM-Wasserelektrolyse erfordern, was für Kunden mit eingeschränkten Platzverhältnissen ein wichtiger Faktor ist.

Gibt es Alternativen zu Nafion™ für PEM für Wasserelektrolyse?

Derzeit sind keine passenden Alternativen zu Nafion™ für Protonenaustauschmembranen in der Wasserelektrolyse bekannt. Protonenaustauschmembranen wie Nafion™ werden in PEM-Elektrolyseuren verwendet, da sie eine hohe Leitfähigkeit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit aufweisen, die für aktuelle und zukünftige Wasserelektrolyseanwendungen erforderlich sind. Ihre physikalische Zuverlässigkeit trägt dazu bei, die Handhabung zu vereinfachen, Betriebsstörungen standzuhalten und eine zuverlässige Leistung über die gesamte Lebensdauer der Membran hinweg zu gewährleisten.

PEM für Brennstoffzellen

• Was ist eine Brennstoffzelle?
• Sind verschiedene Arten von Brennstoffzellen verfügbar?
• Was ist eine PEM-Brennstoffzelle?
• Was sind die Vorteile der PEM-Brennstoffzelle?
• Gibt es Alternativen zu Nafion™ für PEM für Brennstoffzellen?

Was ist eine Brennstoffzelle?

In einer Brennstoffzelle wird die chemische Energie von einem Brennstoff in Elektrizität umgewandelt. Dies erfolgt durch eine chemische Reaktion mit Sauerstoff oder einem anderen Oxidationsmittel. Der am Häufigsten verwendete Brennstoff ist Wasserstoff, aber Kohlenwasserstoffe wie Erdgas und Alkohole wie Methanol werden auch verwendet. Brennstoffzellen unterscheiden sich von Akkus insofern, dass sie eine konstante Brennstoffzufuhrquelle und Sauerstoff/Luft erfordern, um die chemische Reaktion aufrechtzuerhalten. Solange diese Zufuhr jedoch aufrecht erhalten wird, können sie kontinuierlich Elektrizität produzieren.¹

Sind verschiedene Arten von Brennstoffzellen verfügbar?

Ja, derzeit sind zahlreiche Brennstoffzellen-Typen verfügbar, so z. B.:

• Alkalische Brennstoffzellen (AFC)²
• Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC)
• Mikrobielle Brennstoffzellen (MFC)
• Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC)²
• Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFC)²
• Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC)²
• Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC)²

Was ist eine PEM-Brennstoffzelle?

Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC), auch unter dem Begriff Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen bekannt, erbringen hohe Leistungsdichte. Für die Funktion erfordern PEM-Brennstoffzellen Wasserstoff, Sauerstoff aus der Luft und Wasser, aber keine korrosiven Flüssigkeiten wie manche anderen Brennstoffzellen. Sie werden gewöhnlich mit reinem Wasserstoff angetrieben, das aus Tanks oder bordeigenen Reformern geliefert wird.

Ihre Differenzierungsmerkmale:

• Niedrigere Temperaturbereiche (50 °C bis 100 °C)
• Feste Polymerelektrolytmembranen
• Poröse Kohlenstoffelektroden mit Platinkatalysator

Was sind die Vorteile der PEM-Brennstoffzelle?

PEM bieten folgende Vorteile:

• Niedriges Gewicht im Vergleich zu anderen Brennstoffzellen
• Niedriges Volumen im Vergleich zu anderen Brennstoffzellen

Gibt es Alternativen zu Nafion™ für PEM für Brennstoffzellen?

Derzeit sind keine passenden Alternativen zu Nafion™ für PEM für Brennstoffzellen bekannt. In der Tat waren die Nafion™ Ionenaustauschermembranen die ersten ihrer Art und sind heute das weltweit am weitesten verbreitete PEM-Material.³Nafion™ ist ein Marktführer in diesem Bereich und setzt branchenführende Technologie und Lösungen ein.³