碱性电解
在此过程中，反应发生在溶液（包含水和氢氧化钾 (KOH) 液体电解质）中的两个电极之间。当两个电极获得足够的电压时，阴极水分子吸收电子形成OH（氢氧根）离子和 H2（氢）分子。氢氧根离子穿透 KOH 电解质到达阳极，并在此处结合并释放出额外的电子来产生水和 O2（氧气）。具有微米级孔的隔膜可防止氢和氧混合。
质子交换膜 (PEM)
在此过程中，PEM 将质子从阳极传导到阴极，同时为电极提供电绝缘。在两个电极之间施加电位差（电压）时，带负电荷的氧分子在阳极处失去电子，从而生成质子、电子
和氧气。H + 离子穿过质子传导膜流向阴极，在阴极与电子结合形成 H2。PEM 仅允许带正电的离子穿过，从而到达阴极。
碱性膜电解槽的问题
虽然使用碱性膜的系统成本较低，但它们在可再生能源应用中出现了性能问题。碱性电解槽内隔膜上的氢氧化物支持对电流输入响应缓慢，限制了电化学反应，导致电流密度低。隔
膜的多孔结构允许氢和氧在低密度下扩散和混合，这限制了其工作安全范围。碱性电解槽中使用的传统电极往往具有表面积少、催化剂利用率低和相关的电压损耗等问题。这些问题导致功率密度低，并且需要更大的系统来支撑电极。
PEM 的优势
在与间歇式能源结合使用时，质子交换膜 (PEM) 水电解能够提供更好的替代方案。过去，虽然 PEM 组件的历史高成本限制了该系统在大规模商业应用中的使用，但最近的技术发展大大降低了成本，使 PEM 组件在许多新的用例中成为更可行选择。质子交换膜水电解槽优势颇多，非常适合二十一世纪制氢的需要。
质子交换膜可以：
• 在高电流密度下工作，从而降低成本；这对于配备极为动态的能源（例如风能和太阳能）的系统尤其如此，因为其中能源输入的激增将导致有的能源无法捕获
• 由于采用了聚合物电解质，即使在高压下也能使用非常薄的膜
• 实现更高能效，因为其质子膜电阻损耗更低
• 气体交叉率较低，因而气体产品纯度极高，这对于储存安全性和直接用于燃料电池至关重要
• 可在无腐蚀性化学物质情况下工作
质子交换膜也可以用在较小的系统中，因为它们在高功率密度下运行。碱性水电解的占地面积可能是 PEM水电解的十倍，对于空间有限的客户而言，这是一个重要的考虑因素。
来源：科慕
