质子交换膜电解水技术(PEM)：该技术用质子交换膜替代了碱性电解水中的隔膜和电解质，同时起到了隔离气体与离子传导的作用。其中质子交换膜厚度较薄，电阻较小，可以实现较高的效率和承受较大的电流，设备体积和占地面积小于碱性电解槽设备，操作较为灵活，目前缺点为缺点是需要使用昂贵催化剂和氟化膜材料，导致投资成本较高，且 PEM 电解水系统结构复杂。整体技术目前基本成熟， 正在推进商业化导入。

PEM电解槽技术原理

PEM 电解槽主要由膜电极(包含质子交换膜、催化剂、气体扩散层)、双极板、 环氧树脂板和端板构成。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，其特性与结构直接影响 PEM 水电解槽的性能和寿命。

质子交换膜：质子交换膜需具备高质子传导率、高气密性、高亲水性、耐酸性、极低的电子传导率等特性，其质量直接影响电解槽的运行效率和使用寿命。目前质子交换膜大多采用全氟磺酸(PFSA)基聚合物。目前科慕 Nafion 系列膜是电解制氢中使用最多的质子交换膜，国内的企业中，东岳未来氢能和武汉绿动都已经开发出了用于 PEM 电解槽的质子交换膜，正在尝试国产替代。

催化剂：理想的催化剂具有抗腐蚀性、良好的比表面积、气孔率、催化活性、电子导电性、电化学稳定性以及成本低廉、环境友好等特征。PEM 电解槽的催化剂阳极和阴极所用的材料有较大的不同，其中阴极催化剂主要以铂贵金属及其合金为主;阳极催化剂则选用抗氧化、耐腐蚀的铱、钌等少数贵金属或其氧化物。

气体扩散层方面：阴极通常使用碳材料，如碳纸、碳布和碳毡等，阳极则主要用钛网、钛板和钛毡等钛材料。

双极板：主要用于支撑膜电极和气体扩散层，同时汇流氢气和氧气并传导电子， 双极板需具备较高的机械稳定性、化学稳定性和低氢渗透性。材质上基本选用钛 材料，并涂抹含铂的涂层。

PEM电解槽市场现状

PEM 电解水制氢系统成本构成来看，电解槽单位成本更高，电解槽/电源设备/气体分离&纯化设备/其他设备分别占比总成本 60%/15%/10%/15%。

在 PEM 电解槽中，膜电极(24%)，电堆组装&端板(3%)，双极板(53%)，小组 件(3%)，多空传输层(17%)为主要成本构成。

从部分公司发布的 PEM 电解槽相关参数来看，国内 PEM 电解槽规模集中于 50-200Nm 3/h，目前单槽最大规模已达到 400Nm 3/h。

海外 PEM 电解槽发展较为成熟，整体规模较大，例如康明斯单体 PEM 电解槽规模可达 500Nm 3/h，在国内 PEM 研发 技术推进的情况下，国内 PEM 电解槽技术参数逐步接近于海外领先企业。

从国内目前PEM电解水制氢项目进展来看，多数项目均以开工或投产， 项目大多为规模 1-2.5MW 的示范项目。2023 年国电投大安风光制绿氢一体化示范项目PEM 电解槽招标规模达到50MW，超过了其他11个项目规模总和，PEM 电解槽应用规模正在扩大。

目前国内也有不少氢燃料电池企业选择研发PEM电解槽，PEM电解水与PEM燃料电池互为逆反应，前者是电解水制氢，后者是氢氧反应生成水。

PEM电解槽的结构与PEM燃料电池电堆类似，但PEM电解槽的材料体系与电堆相比有很大的差别。

由于工作环境的差异，PEM电解槽对核心部件和材料耐久性和寿命的要求更高。

要做好PEM电解槽，需要对催化剂和膜电极材料有较深的理解，并且需要做好电解槽的密封。