在众多电解技术中，PEM电解系统由于具备快速的升降速率和负载协调能力，被提议作为灵活调配电网的资源。PEM系统相较于高温电解槽（SOEC）更为理想，后者虽能达到更高的电气效率，但启动时间更长（小时级别对比分钟级别）。此外，PEM电解槽相对于低温碱性电解槽某种程度更受欢迎，因为其响应时间更短（毫秒级对比秒级），同时还具备较低的最小负荷和电化学增压氢气的能力。

电解系统的核心是电解槽。PEM电解槽采用固体电解质，包括聚合物膜，通常是Nafion或其他全氟磺酸聚合物。该膜分隔电极，允许质子（H⁺离子）从阳极传输到阴极。PEM系统紧凑，能在中高绝对压力和高压差下工作。然而，这种解决方案的主要缺点是需要贵金属催化剂，如铂（Pt）和/或铱（Ir）。在商业装置中，采用所谓的压差技术，阳极供水时在环境压力或稍高压力下，而阴极产生的氢气则被增压至25-35 bar。这种解决方案可限制氢气与氧气混合，减小最小负荷，并减少对氧气去除过程的需求。然而，该过程需要脱湿处理，因为供给阳极的进水只部分解离，部分水随生成的氧气从阳极隔室流出，而另一部分通过膜以扩散和电渗拖曳的方式流向阴极。

PEM系统通常包括用于水循环的泵（主要用于向电池提供水）、用于控制电解槽温度的换热器，以及液-汽分离器（用于将生成的H₂和O₂与水蒸气分离）。为确保电解槽内部具有适当的非导电行为，还需要去离子系统，以达到非常高的进水纯度（电导率 < 1 μS/cm）。此外，当最终应用需要非常高的氢气纯度时（燃料电池汽车），还需要纯化系统以去除微量的氧气和水分。氧气通过催化还原使用少量氢气去除，而水分通常通过压力摆动吸附（PSA）单元，采用活性炭过滤器或硅胶，进行去除。

型号：Proton onisite （Nel ASA）C10；

65节；

活性面积：214 cm²。

性能：2.15V@1.91A/cm²。

如图1所示，用户可通过调节供给电解槽电力以保持分隔器内的压力恒定。在实际操作中，压力通过出口管道上的阀门影响饱和水的氧气或氢气的提取。虽然氧气分离器（P1）的压力是大气压，根据差压技术，氢气分离器的压力（P2）维持在较高数值，最高可达30 bar（标称压力），从而最小化氧气对制氢端的安全风险。

在氧气分离器中积聚的去离子水用于供给电解槽，经过专用换热器冷却。电堆入口处的水温（T3）受到调节以控制电解槽温度。通过调节向换热器（F3）发送冷却剂的流量来实现调节。为了避免在氧气分离器中缺水（由于用于氢气生成的水消耗和水迁移到阴极一部分被送到电解槽阳极的水会返回到分离器），并用高纯水补充。这个水补充取自一个缓冲罐（图1中显示的“去离子水罐”）并通过脱矿化系统进行过滤。缓冲罐接收从氢气分离器中回收的水，其压力事先降低以允许溶解氢的分离。在反应水环路中保持高纯度（例如，电导率<1 μS/cm）对于确保电解槽的可靠性和寿命至关重要。分离器中的水位以及去离子缓冲罐中的水位也由控制系统管理，包括用于氢气分离器中的水清理和其他地方的水补充的开关控制。

氧气离开分离器时，除非有额外的氧气回收系统，否则将被排放到大气中，无需进一步处理。相反，离开分离器的氢气在专用换热器中冷却，尽量降低氢气露点。冷凝水被分离，氢气进入压力摆动吸附（PSA）装置，在其中进行额外的干燥和纯化，还去除了渗入氢气侧的微量氧气。PSA由两个并行柱组成，交替运行在干燥模式和再生/增压模式。在运行在干燥模式的柱中，水被吸附在脱湿床中。通过一个小孔连接两个柱，通过该小孔，离开运行柱的干燥氢气的一部分被送到另一个柱。这个恒定的流量用于在17分钟的再生过程中再生第二个柱，并排放。然后，关闭排气阀，允许从运行柱中抽取的氢气增压再生柱。1分钟后，两个柱切换，重复这个过程。

图1 电解系统示意图

虽然商业装置设计用于在标称功率下稳态运行，但在测试系统之前，在PSA出口安装了一个压力调节阀（图1中的“H₂控制阀”），以允许部分负荷运行。通过减小阀门的开口面积，限制离开系统的氢气流量，并且如前所述，电解控制系统通过调节供给电解槽的功率以保持H₂-H₂O分离器中的压力恒定。