水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。

根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解（ALK）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC）。

其中，PEM水电解制氢是指使用质子交换膜作为固体电解质，并使用纯水作为电解水制氢的原料的制氢过程。

PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。

其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。

表 碱性水电解制氢和PEM水电解制氢技术对比

PEM制氢相比于传统碱性水电解制氢有以下优点：

①纯度高、无污染

PEM制氢采用的是质子交换膜固体电解质，产生的气体无需进行脱碱处理，且分子级微孔的离子膜厚度很小，不易产生氢反渗透。PEM型只需要纯水，不需任何添加物，没有腐蚀性液体，从而对坏境无污染，同时气体纯度也高；而传统碱性电解液中需要添加15%NaOH或30%KOH，因此电解液腐蚀性强，易产生冲液污染负载管路。

②转换效率高

PEM型的催化电极属于分子级微孔，紧贴于离子膜两边及其内部孔道间，是一种零极距催化电极，它的优点是反应面积大，转换效率高；而传统碱性的电极间有小距离限制，极间电阻大，导致电流变大，发热量高，转换效率低。

③重量轻、体积小

PEM型的电解槽内两级室的集电器结构紧密且有弹性，从而使得电解槽重量轻、体积小，重量仅是相同产氢量的普通电解槽的1/3，优点是零极距，槽内阻小；而传统碱性电解槽内极室的集电器没有弹性，从而电能热损失高，转换效率低。

④可适应可再能能源发电时的波动性

PEM电解水制氢的系统响应速度快，适应动态操作，这非常适用于可再生能源如风能、太阳能输电的不均匀性、间歇性、波动性。

从技术角度考虑，其采用的电解池结构紧凑、体积小、利于快速变载，电解槽效率高、得到的气体纯度高、所需能耗低，安全可靠性也同时得到大大提高，更适合可再生能源的波动性，因此，PEM水电解技术被誉为制氢领域极具发展前景的水电解制氢技术之一。

但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行，因此设备对于价格昂贵的金属材料如铱、铂、钛等更为依赖，导致成本过高。这也是制约PEM制氢技术发展的瓶颈及研发攻克方向。