各类电解水制氢技术发展方向及系统组成有哪些？

按照制氢技术路线分类，电解水制氢技术可分为以下四种：碱性水电解技术（ALK）、 质子交换膜水电解技术（PEM）、高温固体氧化物水电解技术（SOEC）和固体聚合物阴离 子交换膜水电解技术（AEM）。

1.碱性电电解水制氢技术 

1.1 技术发展方向

据势银（TrendBank）调研，2022 年，行业对碱性电解水制氢系统的关注点主要集中 于设备成本；今年以来，碱性电解槽运行的稳定性、寿命及能耗受到的关注度大大增加，综 合性价比成为客户关注的主要因素。综合来看，2023 年碱性电解水制氢系统的主要技术攻 关方向包括以下几点：降低电耗； 提高电解槽寿命和运行稳定性； 提高单槽产气量； 提高响应速度； 优化设备结构设计。

以上技术水平的提升将对电解槽厂家的制造工艺，以及上游关键部材的性能提出更高要 求，电极、隔膜、极板尤为重要。

单槽产氢量方面，目前大部分绿氢项目规划的年产氢量均在万吨/年以上，对电解水制 氢设备也提出了“大标方”化的需求。

2023 年 3 月 17 日，伊宁市光伏绿电制氢源网荷储一体化项目开工建设。该项目总体 建设范围包括 1000MW 光伏电站，配套 70 套碱性水电解制氢成套设备（单套制氢能力 1000Nm3/h），设备总制氢能力为 70000Nm3/h。提升单槽产氢量将在一定程度上降低采 购成本，电解水制氢设备向单体大型化迭代升级。

目前多数碱性电解槽厂商已具备 1000 Nm³/h 制氢装备的生产能力。2022 年 10 月， 明阳智能推出的碱性水电解制氢装备单体产氢量为 1500-2500Nm³/h，刷新了已发布ALK 产品中最大单槽产氢量的记录。

据势银（TrendBank）统计，2023 年第一季度发布的碱槽新品的平均单槽产氢量为 1363 Nm³/h，高于 2022 年上半年的 667 Nm³/h 和 2022 年下半年的 1127 Nm³/h。碱 槽大标方化已成为新品迭代升级的一大趋势。

能耗方面，降低直流电耗是目前直接降低电解水系统运营成本的有效路径之一。目前行 业的普遍电耗水平为 4.5-5.0kWh/Nm³。2023 年 2 月 14 日，隆基氢能发布全新一代碱性 电解水制氢设备，从经济性（LCOH）层面打造产品核心竞争力，有力推动了产业的快速发 展。ALK Hi1 产品在直流电耗满载状况下可低至 4.3kWh/Nm³；同时推出的 ALK Hi1 plus 产品，直流电耗满载状况下低至 4.1kWh/Nm³，在 2500A/㎡电流密度下，更可低至 4.0kwh/Nm³。

按照电耗 4.0kwh/Nm³，电价 0.1 元/kWh 计算，则绿氢单位制氢成本可低至 14.8 元 /kg，基本可与天然气制氢平价。若绿氢与风光、风电耦合，年利用小时提高至 4000 小时 以上，则成本有望进一步下降至 10 元/kg 左右，基本可以实现与煤制氢平价。

碱性电解槽的电极，是电化学反应发生的场所，也是决定电解槽制氢效率的关键。电极 的主要性能指标为电流密度，目前业内相关厂家电极产品的电流密度基本可达到 3000A/m²-3500A/m²左右。在保时来、莒纳科技、辉瑞丝网、盈锐优创、力炻电极、图灵 科创等一众企业的推动下，国内碱液电极正在向“高电密”迈进。

势银（TrendBank）认为，降低电耗、提高综合性价比是电解槽走向规模化的关键，未 来 5 年，绿氢降本路径清晰可见，中国绿氢产业将迎来快速发展周期，企业竞争也将加剧。

1.2 关键部材技术路线

碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和 BOP 辅助系统。

碱性电解槽主体是由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组装而成。电解槽包 括数十甚至上百个电解小室，由螺杆和端板把这些电解小室压在一起形成圆柱状或正方形， 每个电解小室以相邻的 2 个极板为分界，包括正负双极板、阳极电极、隔膜、密封垫圈、 阴极电极 6 个 部分。

极板和极框

极板是碱性电解槽的支撑组件，其作用是支撑电极和隔膜以及导电。 国内极板材质一般采用铸铁金属板、镍板或不锈钢金属板，加工方式为：经机加工冲压 成乳突结构，和极框焊接后镀镍而成。其中镍是非消耗性电极，在碱液里面不易被腐蚀。乳 突结构有支撑电极和隔膜的作用，电解液可以在乳突与隔膜布形成的流道中流动、同时乳突 还有输电的作用。

极框上分布有气道孔和液道孔，与主极板焊接的部分被称为舌板，极框最外侧为密封线 区，其余为隔膜和密封垫的重合区。极框整个宽度为密封线宽度、流道区域宽度、隔膜和密 封线重合区域宽度、舌板宽度。

隔膜

碱性电解槽在电解过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气，隔膜的作用是防止氢气和氧 气的混合。 适用于碱性电解槽的隔膜应具备以下要求： 保证氢气和氧气分子不能通过隔膜，但允许电解液离子通过； 能够耐高浓度碱液的腐蚀；具有较好的机械强度，能够长时间承受电解液和生成气体的冲击，隔膜结构不被破 坏； 为了降低电能损耗，隔膜必须要有较小的面电阻，因此隔膜孔隙率要尽可能高； 在电解温度和 PH 条件下隔膜能够保持化学稳定； 原料易得、无毒、无污染，废弃物易处理。

用于碱性电解槽的隔膜最早使用石棉隔膜，目前主流使用的是聚苯硫醚 PPS 隔膜，高 性能隔膜采用的是 PPS 涂覆无机层的复合膜，另外科研院所研发的重点隔膜还有聚四氟乙 烯树脂改性石棉隔膜、聚醚醚酮纤维隔膜、聚砜纤维隔膜等。

电极

碱性电解槽的电极，是电化学反应发生的场所，也是决定电解槽制氢效率的关键。 目前国内大型碱性电解槽使用的电极，大多是镍基的，如纯镍网、泡沫镍或者以纯镍网 或泡沫镍为基底喷涂高活性催化剂。

镍网一般是由 40-60 目的镍丝网经过裁圆而成，镍丝的直径大约在 200μm 左右。镍 网产品比较成熟，价格低廉，具有良好的耐酸、耐碱、耐高温等性能。 泡沫镍价格低廉、产品成熟，电极材料内部充满大量微孔，表面积非常大，溶液与电极 的接触面积因此大大增大，缩短了传质距离，极大地提高电解反应效率。

涂层催化剂种类主要有两种：一种是高活性镍基催化剂，目前常见的有雷尼镍、活化处 理的硫化镍、镍钼合金或者活化处理的镍铝粉等；一种是含有贵金属的催化剂（铂系催化剂， 钌系催化剂，铱系催化剂等）。 涂层方式有喷涂、滚涂、化学镀等方式，不同方式性能和成本也会有差异。国内电解槽 电极喷涂分三种：只喷涂阳极、只喷涂阴极和阴阳极全部喷涂。

2.质子交换膜电解水制氢技术

2.1 技术发展方向

为满足下游工业领域对氢气的大规模需求，同时更好的与上游光伏、风力和水力发电等 可再生电力配套，质子交换膜电解槽逐渐向大功率发展，包括提高单个模块化产品的功率和 基于模块化产品组成的电解槽系统的功率。如 Cummings 的 HyLYZER-1000 系统即由 2 个 2.5MW 的电解槽组成，ITM 的 10MW 标准模块也基于 3MEP CUBE 组成的。赛克赛斯 氢能也将继 1MW 电解槽后，推出其单槽规模为 5MW 的电解槽。

 

随着 PEM 电解槽向大功率、高电流密度和低成本等方向不断发展，对核心部材也提出 了新挑战。如开发基于膨体聚四氟乙烯或聚醚醚酮等多孔支撑材料的全氟磺酸复合膜，降低 质子交换膜的厚度，提高机械强度；开发铱合金等低铱催化剂，提高催化活性，降低铱用量； 优化气体扩散层的结构和表面涂层，提高气液传输效率等；优化双极板流场机构和表面涂层， 提高水气扩散能力、均匀性、导电和耐腐蚀性等。

2.2 关键部材技术分析

PEM 电解槽是 PEM 电解水制氢装置的核心部分。电解槽的最基本组成单位是电解池。 取决于功率的大小，一个 PEM 电解槽包含数十甚至上百个电解池。每个电解池由 5 部分组 成，由内而外分别为质子交换膜、催化剂、气体扩散层和双极板。

质子交换膜

质子交换膜是 PEM 电解槽的核心零部件之一。在 PEM 电解槽中，质子交换膜即充当 质子交换的通道，又作为屏障防止阴阳极产生的氢气和氧气互相接触，并为催化剂涂层提供 支撑。因此，质子交换膜需要具备极高的质子传导率和气密性，极低的电子传导率。与此同 时，质子交换膜还需要具备良好的化学稳定性，可以承受强酸性的工作环境；较强的亲水性 也必不可少，这可以预防质子交换膜局部缺水，避免干烧。质子交换膜的性能好坏，直接影 响着 PEM 电解槽的运行效率和寿命。

质子交换膜的加工上仍然存在难度，和燃料电池使用的质子交换膜（厚度 10 微米左右） 相比，PEM 电解槽使用的质子交换膜更厚（150-200 微米），在加工的过程中更容易发生 肿胀和变形，膜的溶胀率更高，加工难度更大。目前使用的质子交换膜大多采用全氟磺酸基 聚合物作为主要材料。国内外使用最为广泛的主要为杜邦（科慕）的 NafionTM 系列，例如 Nafion 115 和 117 系列质子交换膜，其他膜产品包括陶式的 XUS-B204 膜以及旭硝子的Flemion®膜等。

但由于全氟磺酸树脂存在合成工艺较为复杂且存在一定的毒性，所以非氟磺酸复合膜也 逐渐成为相关研究机构和企业的研究方向之一，其对生物和环境的影响也逐渐引起相关机构 的重视。如 2021 年，日本 NEDO 资助东丽与西门子等企业，合作开发基于东丽的烃基电 解质膜的低成本 PEM 水电解系统，2023 年 3 月，欧盟的欧洲化学品管理局（ECHA），将 对拟限制 PFAS 的提案进行为期 6 个月的广泛调研和评估。

国内的 PEM 电解槽生产企业对于进口质子交换膜仍然具有很高的依赖性。由于质子交 换膜生产技术长期被欧美和日本国家所垄断，国内的工业级的 PEM 产品几乎全部使用杜邦 的 NafionTM 系列质子交换膜。目前，国内仅东岳未来氢能、浙江汉丞、通用氢能和科润 新材料等少数企业有能力生产应用于 PEM 电解槽的质子交换膜产品。

质子交换膜主要有熔融挤出法和浇筑成膜法等几种加工方式。 如何在减少膜的厚度的同时，保持膜的机械稳定性，是膜技术开发的重点之一，如开发 基于膨体聚四氟乙烯或聚醚醚酮等多孔支撑材料的全氟磺酸复合膜。膜的厚度会影响 PEM 电解槽的欧姆内阻，厚度过高会加大极化损失，增加制氢能耗。尽管如此，考虑到质子交换膜需要在高压环境中工作，为了保持质子交换膜的机械稳定性，防止气体交叉渗透的现象发 生，行业内大多仍然采用厚度超过 100 微米的膜。未来，质子交换膜的技术开发必须注重 质子传导率、气体交叉渗透和高压机械稳定性三者之间的平衡。

催化剂

阴、阳极催化剂是 PEM 电解槽的重要组成部分。由于阴、阳极催化剂是电化学反应的 场所，催化剂需要具备良好的抗腐蚀性、催化活性、电子传导率和孔隙率等特点，才能确保 PEM 电解槽可以有稳定运行。

和燃料电池相比，PEM 电解槽在催化剂的使用上更加依赖贵金属材料。在 PEM 电解槽 的强酸性运行环境下，非贵金属材料容易受到腐蚀，并可能和质子交换膜中的磺酸根离子结 合，降低质子交换膜的工作性能。目前常用的阴极催化剂为以碳为载体材料的铂碳催化剂。 在酸性和高腐蚀性的环境下，铂仍然可以保持较高的催化活性，确保电解效率；而碳基材料 即为铂提供了载体，也充当着质子和电子的传导网络。催化剂中的铂载量约在 0.4-0.6g/cm2， 铂的质量分数约在 20%-60%之间。

阳极的反应环境比阴极更加苛刻，对催化剂材料的要求更高。由于阳极电极材料需要承 受高电位、富氧环境和酸性环境的腐蚀，燃料电池常用的碳载体材料容易被析氧侧的高电位 腐蚀降解，因此一般选用耐腐蚀且析氧活性高的贵金属作为 PEM 电解槽阳极侧的催化剂。 结合催化活性和材料稳定性来看，铱、钌及其对应的氧化物（氧化铱和氧化钌）是目前最适 合作为 PEM 阳极侧催化剂的材料。相比氧化铱，虽然氧化钌的催化活性更强，但在酸性环 境下氧化钌容易失活，稳定性比氧化铱稍差。因此，氧化铱是目前应用最广泛的阳极催化剂。 催化剂中的铱载量约为 1-2g/cm2。

气体扩散层

气体扩散层（国外简称 GDL 或 PTL），又称多孔传输层或集流器，是夹在阴阳极和双 极板之间的多孔层。气体扩散层作为连接双极板和催化剂层的桥梁，确保了气体和液体在双 极板和催化剂层之间的传输，并提供有效的电子传导。在阳极，液态水通过气体扩散层传导 至催化剂层，被分解为氧气、质子和电子。生成的氧气通过气体扩散层反向汇流至双极板， 质子通过质子交换膜传导至阴极，电子则通过气体扩散层传导至阳极侧双极板后进入外部电 路。在阴极，电子从外部电路通过气体扩散层进入阴极催化剂层，和质子反应后产生氢气。 产生的氢气通过气体扩散层汇流至双极板。因此，为了确保气/液运输效率和导电性能，气 体扩散层既需要拥有合适的孔隙率，也需要拥有良好的导电性，确保电子传输效率。

PEM 电解槽的气体扩散层材料选择和燃料电池的气体扩散层选择有所不同。燃料电池 通常选择碳纸作为阴极和阳极的气体扩散层材料。在 PEM 电解槽中，由于阳极的电位过高， 高氧化性的运行环境足以氧化碳纸材料，通常选择耐酸耐腐蚀的钛基材料作为 PEM 电解槽 阳极气体扩散层的主要材料，并制作成钛毡结构以确保气液传输效率。钛基材料在长时间的 使用下容易钝化，形成高电阻的氧化层，降低电解槽的工作效率。为了防止钝化现象的发生， 通常会在钛基气体扩散层上涂抹一层含有铂或者铱的涂层进行保护，确保电子传导效率。 PEM 电解槽的阴极电位较阳极更低，碳纸或钛毡都可以作为气体扩散层的材料。

钛毡式气体扩散层的制作工艺较为复杂。高纯的钛材料需要经过一系列的工艺，包括钛 纤维制作、清洗、烘干、铺毡、裁剪、真空烧结、裁剪、涂层等一系列的工艺，才可以入库 保存。

未来，气体扩散层优化的关键在于保持系统的动态平衡。随着水电解反应的持续推进， 阳极生成的氧气会逐渐积聚在气体扩散层的通道内，阻塞流道，对液态水的运输产生潜在的 影响。这可能会导致气液运输效率下降，对 PEM 电解槽的工作效率产生负面影响。在气液 逆流的情况下，减少气液阻力，及时移除阳极产生的氧气，并将液态水及时运输至阳极催化 层，将是气体扩散层优化的方向。孔隙率、孔径尺寸和厚度等指标都是未来需要研究的重点。 国内目前可以生产钛基气体扩散层的企业较少。浙江玖昱、菲尔特已经搭设了 PEM 电 解槽用气体扩散层的相应产线；西安菲尔特也已拥有气体扩散层的生产技术，并展开了相应 产品测试。 工业级的质子膜电解槽产品国内仍以进口品牌使用为主，国产的在民用领域取得应用， 随着西部菲尔特等企业的加入，势银（TrendBank）预测气体扩散层国产化率会逐步提升。

双极板

双极板不仅是支撑膜电极和气体扩散层的支撑部件，也是汇流气体（氢气和氧气）及传 导电子的重要通道。阴阳极两侧的双极板分别汇流阴极产生的氢气和阳极产生的氧气，并将 它们输出。因此，双极板需要具备较高的机械稳定性、化学稳定性和低氢渗透性。阳极产生 的电子经由阳极双极板进入外部电路，再通过阴极双极板进入阴极催化层。因此，双极板还 需要具备高导电性。

PEM 电解槽双极板和燃料电池双极板的结构和使用材料有很大的区别。在结构方面， PEM 电解槽双极板不需要加入冷却液对设备进行冷却，使用一板两场的结构就可以满足运 行需求，相比于燃料电池双极板两板三场的结构更为简单。在材料方面，PEM 电解槽中阳 极的电位过高，燃料电池常用的石墨板或者不锈钢制金属板容易被腐蚀降解。使用钛材料可 以很好的避免金属腐蚀导致的离子浸出，预防催化剂的活化电位收到毒害。但由于钛受到腐 蚀后，容易在表面形成钝化层，增大电阻，通常会在钛板上涂抹含铂的涂层来保护钛板。

钛基双极板目前有冲压工艺、蚀刻工艺等。相比之下，冲压工艺的单位加工成本更低， 更适合于大规模化生产，可能会成为未来主要工艺路线。 国内目前能制造 PEM 电解槽双极板的企业数量相对较少。上海治臻和金泉益都已经搭 建了 PEM 电解槽双极板的生产线，并已经开始出货。

3.高温固体氧化物电解水制氢技术

SOEC（solid oxide electrolysis cell）是高温固体氧化物电解池的简称，是在高温下 将电能和热能转化为化学能的电解设备。相比常温电解水，SOEC 高温电水解可以提供更高 的能源转化效率；此外，由于不需要使用贵金属催化剂，SOEC 还具备材料成本低廉的 优势。

2023 年，国内市场已多次释放出 SOEC 制氢设备采购订单，越来越多的企业与高校开 始布局 SOEC 赛道，国内 SOEC 技术的发展从“实验研发阶段”进入“小规模示范阶段”。 不过，目前国内 SOEC 企业的技术水平相较国外发展水平仍有较大差距。主要体现在以下 几点：

关键材料性能提升：高温运行条件下保持良好的热稳定性和化学稳定性，同时保证 材料易于加工、控制成本；

 建立完备的供应链：目前 SOEC 原材料体系均由厂家独自设计制造，每家设计的 SOEC 产品支撑结构、配套的原材料都不一样，不利于 SOEC 的整体开发；

BOP 国产化供应：目前国内尚未形成成熟的 BOP 供应链，产品仍处于定制化阶 段，导致 BOP 的成本居高不下。

2022 年，固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技术（共性关键技术类）被列入科 技部“氢能技术”重点专项 2022 年度项目申报。项目主要研究内容包括：针对固体氧化物 电解水蒸汽制氢（SOEC）技术实用化问题，研究大功率固体氧化物电解制氢电解堆与系统 集成技术。具体包括：大面积、高强度的超薄电解质设计与制备技术；高活性、长寿命电极 设计与制备技术；电解池电连接、串接密封及其成堆技术；电解堆模组流场和热控设计与集 成技术；水热等运行条件对电解堆性能影响规律、优化运行策略及 SOEC 系统集成技术。

SOEC 电解系统的最基本组成单元是 SOEC 电解池，多个电解池组装在一起成为 SOEC 电堆。多个电堆和气体处理系统、气体输送系统一起可以组合成 SOEC 电解模块。最终多个 模块可以组合成一个完整的 SOEC 系统。由于各个 SOEC 设备制造公司的技术和工艺存在 差异性，组成 SOEC 电解电堆的电解池数量、组成 SOEC 电解模块的电堆数量和组成 SOEC 电解系统的模块数量也会存在不同。

电解质、阴极和阳极是 SOEC 电解池的核心组成部分，直接影响着 SOEC 设备的工作性能和工作效率。

电解质

电解质的性质决定了 SOEC 的技术路线和阴、阳极材料的选择（高温下热膨胀系数需 保持一致）。电解质的主要作用是将在阴极产生的氧离子传导至阳极，阻隔电子电导，并防 止阴阳极产生的氢气和氧气相互接触。因此，电解质层需要有极高的离子传导率和极低的电 子传导率。为了防止阴极的氢气渗透进入阳极，电解质层的气密性必须高。此外，为了减少 电解池的欧姆损失，电解质层的厚度要尽可能减小。

电解质材料通常选用导电陶瓷材料。在 800-1000℃的高温运行环境下，常用的电解质 材料有钇稳定的氧化锆（YSZ）和钪稳定的氧化锆（ScSZ）。由于 YSZ 即可以提供优良的 氧离子电导率，相比 ScSZ 又具备一定的成本优势，已经成为了最常用的电解质材料。在 600-800℃的中温运行环境下，镧锶镓镁（LSGM）、钐掺杂的氧化铈（SDC）和钆掺杂的 氧化铈（GDC）也是较为常用的电解质材料。

阴极

阴极是原料水分解的场所，并提供电子传导通道。这要求阴极材料具有良好的电子导电 率、氧离子导电率和催化活性，以确保反应的顺利进行。与此同时，由于阴极需要和高温水 蒸气直接接触，阴极材料需要在高温高湿下具备化学稳定性。材料还必须具备合适的孔隙度， 保证电解所需水蒸气的供应和氢气产物的输出。由于在高温下，热膨胀系数不匹配会导致过 高的机械应力，最终使材料破碎。因此，阴极材料必须和电解质材料具有类似的热膨胀属性。

阴极材料通常选用金属陶瓷复合材料。镍（Ni）、钴（Co）、铂（Pt）、钯（Pd）都 满足 SOEC 对阴极材料的要求。镍的成本较低，对水的分解反应具有良好的催化活性，用 Ni 和 YSZ 制造的金属陶瓷复合材料成为了最常用的阴极材料。使用 YSZ 和 Ni 作为阴极材 料，可以使阴极的热膨胀系数接近以 YSZ 为主要材料的电解质，保持 SOEC 的机械稳定性。YSZ 还可以提高界面的电化学反应活性，确保 SOEC 的工作效率。

阳极

阳极是产生氧气的场所。阳极材料必须要在高温氧化的环境下保持稳定。与此同时，为 了确保氧气的顺利生成，阳极材料必须具备优良的电子导电率、氧离子导电率和催化活性； 材料必须采用多孔结构，便于氧气的流通。最后，为了保持高温下的机械稳定，阳极材料的 热膨胀系数也必须和电解质相匹配。

使用钙钛矿氧化物制备的导电陶瓷材料是目前最常用的阳极材料。其中，掺杂锶的锰酸 镧（LSM）的化学催化活性高，和 YSZ 电解质的热膨胀系数接近，是其中最具代表性的材 料之一。

4.固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术

虽然固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术（AEM）可以同时兼具 PEM 和 ALK 的 技术优势，但由于处于发展初级阶段，相关产品在寿命、产氢规模等方面是否能够满足商业 化运行仍然存疑。

目前我国 AEM 制氢技术的开发难点主要集中于：

 提高设备寿命：AEM 在工作过程中，阴离子交换膜表面会形成的局部强碱性环境， 使得 AEM 在 OH−的作用下发生降解带来的穿孔会引发电堆短路，影响使用寿命；

 开发合适高效的聚合物阴离子交换膜：在保持工作效率的同时兼顾使用寿命；

产品大标方化：目前我国 AEM 电解槽单槽产品还停留在 0.5-5Nm³/h 之间，很难 满足我国西北、西南等地区大型可再生能源电解水制氢综合示范项目的采购标准。 阴极材料、阳极材料和阴离子交换膜是 AEM 电解池的核心构成，直接影响着 AEM 电 解池的工作效率和设备寿命等。

阴离子交换膜

阴离子交换膜是 AEM 电解池中最重要的部分，直接决定着 AEM 电解设备的工作效率 和运行寿命。阴离子交换膜的作用是将氢氧根离子从阴极转导至阳极。因此，构成阴离子交 换膜的材料需要具备较高的阴离子传导性和极低的电子传导性。由于在 AEM 电解设备中， 局部区域会出现高碱性，理想条件下，阴离子交换膜需要具备优秀的化学和机械稳定性。与 此同时，为了隔绝阴极和阳极，防止氢气和氧气相互接触产生爆炸，阴离子交换膜必须具备 极低的气体渗透性。

目前的阴离子交换膜通常选用聚合物作为其主要材料。由于 AEM 水电解技术还处于研 发阶段，现阶段仍未找到最合适的材料，在研发中使用较多的有芳香族聚合物。目前材料的 选择仍然存在许多问题：1、芳香族聚合物在碱性环境中长期运行时，尤其是在加入了稀 KOH 溶液作为辅助电解质的情况下，会慢慢被降解，影响AEM水电解设备的稳定性和系统寿命； 2、由于氢氧根离子在阴离子交换膜中的传导性比质子在质子交换膜中的传导性低的多，为 了保持 AEM 电解池的工作效率，研发机构倾向于制作更薄的阴离子交换膜，以减少氢氧根 离子传导时收到的阻力，但这也会降低阴离子交换膜的机械稳定性，使它容易出现孔洞。

阴极材料和阳极材料

阴极材料和阳极材料的主要作用是催化水的分解反应，并将产生的氢气与氧气及时输出。 因此，阴极和阳极材料必须具备较强的催化活性，和多孔性。为了电极反应的顺利进行，阴 极和阳极材料必须具备较高的阴离子传导性和电子传导性。 现阶段使用最多的阴极材料主要是镍，阳极材料主要是镍铁合金。铁和镍不但对水的分 解有较强的催化活性，而且来源广、成本低。由于 AEM 不需要在高腐蚀性的环境下运行， 因此阴阳极材料中不需要加入钌元素等贵金属催化剂和钛，大大降低了 AEM 设备的制造成 本。

目前开发的阴离子交换膜仍然无法兼顾工作效率和设备寿命。因此，有关 AEM 的研究 主要聚焦于开发合适高效的聚合物阴离子交换膜。其次，在实验室研发阶段，电极材料中仍 然会加入少量的贵金属。因此，开发低成本的高效非贵金属催化剂也是 AEM 研究的重点之 一。