PEM（质子交换膜）电解槽是当前绿氢制备的主流技术路线之一。与碱性电解槽相比，PEM 电解槽具有响应速度快、电流密度高、产氢纯度高的特点，特别适合与风电、光伏等波动性可再生能源搭配。
PEM 电解槽的基本结构
一个 PEM 电解单元由以下核心部件组成（从阳极到阴极）：
- 阳极双极板 — 分配水和收集生成的氧气，同时传导电流
- 阳极扩散层 — 多孔结构，让水均匀到达催化层
- 膜电极组件（MEA） — 核心反应区，包含阳极催化层、质子交换膜和阴极催化层
- 阴极扩散层 — 收集并排出生成的氢气
- 阴极双极板 — 分配冷却介质，收集氢气
多个电解单元叠加在一起形成电堆，通过增加单元数量来提升产氢能力。
双极板的功能与要求
双极板是电堆中成本占比最高的金属部件之一，其功能包括：
- 流道分配：表面的微流道结构将水和气体均匀分配到反应区域
- 电流传导：在相邻电解单元之间传导电流，要求接触电阻尽可能低
- 密封隔离：隔离阳极侧的氧气和阴极侧的氢气，防止混合
这些要求决定了双极板的制造涉及两个关键工艺：
- 精密蚀刻：在钛板表面加工微米级流道图案
- 表面涂层：镀铂或复合涂层，降低接触电阻、提升耐蚀性
电极与涂层
PEM 电解槽的阳极在工作中处于强氧化环境（电位约 1.8-2.0V vs RHE），阳极材料需要极高的耐腐蚀性。常用方案是以钛为基材，表面涂覆铂、铱等贵金属催化层。
阴极环境相对温和（析氢反应），材料选择余地更大。
行业趋势
随着全球绿氢项目加速推进，PEM 电解槽正从实验室和示范阶段走向百兆瓦级商业化部署。对上游核心金属部件（双极板、电极、扩散层）的供应能力和成本控制要求也随之提高。