PEM制氢设备
利用水电解制氢时，在电解池的一对电极上所加的电压必须大于水的理论分解电压，以克服电流流经电解池时所产生的各种电阻电压降和电极极化电动势，极化电动势即是阴极氢析出超电位和阳极氧析出超电位的总和。因此，水电解池的操作电压(实际分解电压)可用下式表示：
公式（1）水电解制氢设备
1.水的理论分解电压
水的理论分解电压是假定水在可逆条件下进行电解所需的电压，它等于氢、氧原电池的可逆电动势E0。在1个大气压、25℃状况下，水的理论分解电压为1.23伏。水的理论分解电压是不计及任何损耗的最小电压，它是在水分解时必须向水电解池供给的最小电能所决定的，此电能相当于水分解(生成)时的Gibbs自由能的变化，因此可以用化学热力学方程进行计算，可逆电池电动势与自由能之间的关系为:
公式（2）
在1大气压，25℃的状况下，1mol水分解成1mol氢及0.5mol氧时，其Gibbs自由能的变化(生成物与反应物之间的自由能之差)为56.7千卡，所需电量为1法拉第(26.8安培·小时)，水的当量数n=2，因此可得：
水电解反应像任何一个化学反应一样，同时伴随有焓的变化。在常压下，水电解是等温过程。根据 Gibbs-Helmholtz方程：
公式（3）
这就是化学反应的推动力(ΔG)依靠于ΔH及TΔS两个量。
TΔS表示在一定温度下，如果所进行的电解反应为可逆过程，维持恒温时与环境所必须交换的热量。
在标准状况下，焓的变化(ΔH)是和氢的高发热值相等的。
水电解池的电压对应于焓的变化即氢的燃烧热(高热值)为1.48伏(25℃)，而对应于Gibbs自由能的变化是1.23伏。因此,在25℃及1大气压下,在不产生废热(即100%的热效率下)，水的分解电压是1.48伏(等温下)，此电压数值称为“热中性电压”。
简单来说就是水的理论分解电压为1.23 V，热中性电压为1.48V。理论分解电压是不计算任何损失的最小反应电压，是电解水反应发生施加的最小电压，低于1.23V电解水反应是不可能发生的。而如果施加的电压小于热中性电压但大于理论分解电压时水是可以被电解的，此时反应的整体热效应为吸热反应，当电压超过热中性电压时，超过1.48V的电压都用来产生热量。 高纯氢气发生器
