堿性電解
在此過程中，反應發生在溶液（包含水和氫氧化鉀 (KOH) 液體電解質）中的兩個電極之間。當兩個電極獲得足夠的電壓時，陰極水分子吸收電子形成OH（氫氧根）離子和 H2（氫）分子。氫氧根離子穿透 KOH 電解質到達陽極，并在此處結合并釋放出額外的電子來產生水和 O2（氧氣）。具有微米級孔的隔膜可防止氫和氧混合。
質子交換膜 (PEM)
在此過程中，PEM 將質子從陽極傳導到陰極，同時為電極提供電絕緣。在兩個電極之間施加電位差（電壓）時，帶負電荷的氧分子在陽極處失去電子，從而生成質子、電子
和氧氣。H + 離子穿過質子傳導膜流向陰極，在陰極與電子結合形成 H2。PEM 僅允許帶正電的離子穿過，從而到達陰極。
堿性膜電解槽的問題
雖然使用堿性膜的系統成本較低，但它們在可再生能源應用中出現了性能問題。堿性電解槽內隔膜上的氫氧化物支持對電流輸入響應緩慢，限制了電化學反應，導致電流密度低。隔
膜的多孔結構允許氫和氧在低密度下擴散和混合，這限制了其工作安全范圍。堿性電解槽中使用的傳統電極往往具有表面積少、催化劑利用率低和相關的電壓損耗等問題。這些問題導致功率密度低，并且需要更大的系統來支撐電極。
PEM 的優勢
在與間歇式能源結合使用時，質子交換膜 (PEM) 水電解能夠提供更好的替代方案。過去，雖然 PEM 組件的歷史高成本限制了該系統在大規模商業應用中的使用，但最近的技術發展大大降低了成本，使 PEM 組件在許多新的用例中成為更可行選擇。質子交換膜水電解槽優勢頗多，非常適合二十一世紀制氫的需要。
質子交換膜可以：
? 在高電流密度下工作，從而降低成本；這對于配備極為動態的能源（例如風能和太陽能）的系統尤其如此，因為其中能源輸入的激增將導致有的能源無法捕獲
? 由于采用了聚合物電解質，即使在高壓下也能使用非常薄的膜
? 實現更高能效，因為其質子膜電阻損耗更低
? 氣體交叉率較低，因而氣體產品純度極高，這對于儲存安全性和直接用于燃料電池至關重要
? 可在無腐蝕性化學物質情況下工作
質子交換膜也可以用在較小的系統中，因為它們在高功率密度下運行。堿性水電解的占地面積可能是 PEM水電解的十倍，對于空間有限的客戶而言，這是一個重要的考慮因素。
來源：科慕
