质子交换膜（PEM）电解水技术具有直流电耗低、电流密度高、电解槽体积小、运行压力高并可差压运行、功率调节范围宽等优势，与波动性较大的风电和光伏有很好的适配性，近年来发展迅速。

PEM电解槽是PEM电解水制氢装置的核心部分。其主要组件包括压缩板、双极板、气体扩散层、阳极和阴极以及膜电极组件。通过了解PEM电解槽中组件的材料和功能，可以加深对这项尖端技术及其在清洁能源领域中的作用的了解。

一、PEM电解槽的构成

PEM电解器各部件的名称从上到下依次为：

螺栓、压缩板、绝缘层、双极板、绝缘橡胶圈、钛网（2层）、钛毡、膜电极、钛毡、钛网（2层）、绝缘橡胶圈、电极板、绝缘层、压缩板

1、压缩板

压板采用铝合金制成，用于固定整个电解槽。

2、绝缘橡胶圈

压力板下面的下一个是绝缘橡胶圈，它具有绝缘和密封性能。

3、双极板（BPP）

双极板 (BPP) 是扁平的隔板（带有金属网或筛网层压板或带有蚀刻流场通道的厚金属隔板），用于通过串联堆叠多个电解池单元来匹配电源电压。分离相邻单元并进行电子连接。它需要具有低电阻和高机械和化学稳定性、流体分布和高导热性，因为它还有助于促进热传递。

钛通常被认为是最先进的材料，因为它具有出色的强度、低电阻率、高热导率和低氢渗透性。然而，钛容易腐蚀，特别是在阳极侧，电位可能超过 2V，导致表面氧化物积聚，从而增加接触电阻并降低热导率。为了避免这种情况，可以涂上薄薄的铂涂层以降低表面电阻。

4、硅胶环

这是一种有机硅环，具有密封性和流体输送特性。

5、气体扩散层（GDL）

气体扩散层或称集电器GDL或PTL，作为MEA与BPP之间的电子导体，保证了电极与BPP之间液体和气体的有效质量传递。

在阳极处，液态水从BPP的通道通过集流体输送到膜上的催化层，水在这里分解成氧气和质子，这里产生的氧气则通过集流体以相反的方向扩散到流道中。

在阴极处，液态水和氢气通过集电器从膜输送到 BPP 的通道。电子从阳极侧的催化剂层出发，穿过集电器和 BPP，然后到达阴极侧。在 PEM 电解器中，由于阳极电位高到足以氧化碳材料，因此必须使用其他材料。钛通常是阳极集电器的选择。

6、膜电极组件 (MEA)

MEA 是由质子传导膜组成，质子传导膜的阳极和阴极两侧均涂有多孔电催化剂层，它是电解器的核心部件，水在电流的作用下分解成气态氢和氧。在阳极，水被氧化成氧气和质子。水合质子随后迁移到阴极。电子通过外电路流向阴极。

在阴极，质子获得电子并被还原形成氢气。氧化铱通常被认为是 PEM 水电解中最先进的催化剂。在单一过渡氧化物中，RuO2 具有最高的 OER 活性，但在电解槽条件下不稳定。IrO2 的活性略低于 RuO2，但具有更高的耐腐蚀性优势。

二、PEM电解槽工作原理

水从进水口进入双极板，然后进入气体扩散层，最后进入质子交换膜。通过输入电流和电压，与电极的质子交换膜接触，水被分解成质子H+ 和两个O2-，O2- 失去电子e- 而形成O2。

失去的电子通过电路到达阴极，H+ 则通过质子膜到达阴极，在阴极与电子结合形成H2。

阳极产生氧气，阴极产生氢气，阳极产生的氧气通过阳极管输出，而阴极处产生的氢气通过阴极管输出，然后上到水气分离器形成气体。

来源：senzahydrogen.com