質(zhì)子交換膜是PEM電解槽的核心零部件之一。在PEM電解槽中，質(zhì)子交換膜即充當(dāng)質(zhì)子交換的通道，又作為屏障防止陰陽極產(chǎn)生的氫氣和氧氣互相接觸，并為催化劑涂層提供支撐。因此，質(zhì)子交換膜需要具備極高的質(zhì)子傳導(dǎo)率和氣密性，極低的電子傳導(dǎo)率。

與此同時(shí)，質(zhì)子交換膜還需要具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以承受強(qiáng)酸性的工作環(huán)境；較強(qiáng)的親水性也必不可少，這可以預(yù)防質(zhì)子交換膜局部缺水，避免干燒。質(zhì)子交換膜的性能好壞，直接影響著PEM電解槽的運(yùn)行效率和壽命。

東岳，水電解制氫膜

質(zhì)子交換膜的加工仍然存在難度。和燃料電池使用的質(zhì)子交換膜（厚度10微米左右）相比，PEM電解槽使用的質(zhì)子交換膜更厚（150-200微米），在加工的過程中更容易發(fā)生腫脹和變形，膜的溶脹率更高，加工難度更大。

陰、陽極催化劑是PEM電解槽的重要組成部分。由于陰、陽極催化劑是電化學(xué)反應(yīng)的場所，催化劑需要具備良好的抗腐蝕性、催化活性、電子傳導(dǎo)率和孔隙率等特點(diǎn)，才能確保PEM電解槽可以有穩(wěn)定運(yùn)行。

PEM制氫催化劑，安徽枡水新能源

和燃料電池相比，PEM電解槽在催化劑的使用上更加依賴貴金屬材料。在PEM電解槽的強(qiáng)酸性運(yùn)行環(huán)境下，非貴金屬材料容易受到腐蝕，并可能和質(zhì)子交換膜中的磺酸跟離子結(jié)合，降低質(zhì)子交換膜的工作性能。目前常用的陰極催化劑為以碳為載體材料的鉑碳催化劑，而氧化銥是目前應(yīng)用最廣泛的陽極催化劑。

氣體擴(kuò)散層，又稱集流器，是夾在陰陽極和雙極板之間的多孔層。氣體擴(kuò)散層作為連接雙極板和催化劑層的橋梁，確保了氣體和液體在雙極板和催化劑層之間的傳輸，并提供有效的電子傳導(dǎo)。

玖昱，鈦纖維氈

在陽極，液態(tài)水通過氣體擴(kuò)散層傳導(dǎo)至催化劑層，被分解為氧氣、質(zhì)子和電子。生成的氧氣通過氣體擴(kuò)散層反向回流至雙極板，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)至陰極，電子則通過氣體擴(kuò)散層傳導(dǎo)至陽極側(cè)雙極板后進(jìn)入外部電路。

在陰極，電子從外部電路通過氣體擴(kuò)散層進(jìn)入陰極催化劑層，和質(zhì)子反應(yīng)后產(chǎn)生氫氣。產(chǎn)生的氫氣通過氣體擴(kuò)散層匯流至雙極板。因此，為了確保氣、液運(yùn)輸效率和導(dǎo)電性能，氣體擴(kuò)散層既需要擁有合適的孔隙率，也需要擁有良好的導(dǎo)電性，確保電子傳輸效率。

雙極板不僅是支撐膜電極和氣體擴(kuò)散層的支撐部件，也是匯流氣體（氫氣和氧氣）及傳導(dǎo)電子的重要通道。陰陽極兩側(cè)的雙極板分別匯流陰極產(chǎn)生的氫氣和陽極產(chǎn)生的氧氣，并將它們輸出。

PEM制氫鈦雙極板，金泉益

因此，雙極板需要具備較高的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和低氫滲透性。陽極產(chǎn)生的電子經(jīng)由陽極雙極板進(jìn)入外部電路，再通過陰極雙極板進(jìn)入陰極催化層。因此，雙極板還需要具備高導(dǎo)電性。