1 电解水制氢的技术途径
在技术层面，目前电解水制氢主要分为碱水制氢（AWE）、质子交换膜纯水电解制氢（PEM）、固体聚合物阴离子交换膜水电解（AEM）、固体氧化物水电解（SOE）4类，其技术类别及进展如图1所示。
图1 电解水制氢类别及进展情况
1.1 碱水电解制氢技术
碱水电解制氢是一项相对来说很成熟的水电解制氢技术，目前已经广泛应用于气象、医药领域。碱水电解装置主要有碱性电解液以及多孔的阴极板、阳极板、隔膜、镍网构成。碱性电解技术最大的优势是阴阳电极板中不含有贵金属，因此电解槽的成本也相对较低。最核心的特点是要求电力稳定可靠，不适合风光等间歇性电能。相对于PEM 水电解制氢，碱水电解制氢技术极间距较大，电解质的欧姆电阻增加。碱水电解制氢技术缺点明显，占用场地大。碱性水电解技术的商业成熟度高，运行经验丰富，国内一些关键设备主要性能指标均接近于国际先进水平，单槽电解制氢量大，易适用于电网电解制氢。
1.2 PEM 纯水电解制氢
PEM 水电解制氢采用质子交换膜取代了石棉膜，H2O 在正极上发生水电解反应，在电场和催化剂的作用下，分裂成2H+，2e- 和1/2O2，质子传递到质子交换膜内，在电能势差的影响下直接通过质子交换膜到达负极，在负极得电子析出氢气。
PEM 电解水制氢的主要优点在于：①高气体纯度，质子交换膜只允许H+ 带着少量的水通过，而氧气无法通过，这就保证氢气的纯度能达到三个9 以上。②产出高压氢气，质子交换膜的抗压强度较强。相比于碱水电解制氢技术，PEM 水电解制氢设备可以做成差压式的制氢设备。③质子交换膜的质子传导能力（0.1±0.02 S · cm-1）较为优异，其在高强度下可以将厚度控制在200μm 以下，大大减小电解质的欧姆电阻。
PEM 纯水电解制氢也有自身的局限性，水裂解时会在阳极侧产生大量的H+，使阳极侧保持高酸性，对阳极材料在抗腐蚀方面提出了较高的要求。催化剂要求有活性与耐腐蚀性，PEM 膜价格也比较高，使得电解池材料的整体成本较高，从而限制了PEM 电解池的推广与商业化。
1.3 固体聚合物阴离子交换膜水电解（AEM）
AEM属于固体聚合物电解质水电解的一个分支，电解质为阴离子交换膜，利用阴离子交换膜（AEMs）代替用石棉布或PPS布用于电解水制氢过程，能够有效阻隔氢气、氧气混合，提高对膜两侧压差波动的耐受性，使得风电、光伏等间歇性强、不连续的电力输出可以直接用于电解水制氢。此时的阴离子交换膜在碱性环境中发挥传导氢氧根阴离子的作用，该过程称作碱性膜电解水制氢。在碱性膜电解水制氢过程，所需离子膜应满足以下几方面要求：①在碱性水溶液环境中具有优异的耐碱稳定性；②优良的氢氧根传导率；③阻止氢气和氧气相互渗透的能力；④良好的机械强度；⑤合理的市场价格。
AEMs材料通常通过用三甲胺将氯或溴甲基化聚合季胺化合成。季胺化反应后聚合物主链上接有带电的亲水离子基团，这些基团能够起到传递氢氧根离子的作用。为了确保AEMWE长期稳定运行，AEMs必须具备良好的氢氧根离子传导率、优异的化学稳定。常见的AEM膜材料主要有：聚芳醚类阴离子交换膜，许多基于聚砜（PSF）、聚苯醚（PPO） 和聚芳醚酮（PAEK）等廉价易得的商业化聚芳醚类；无芳基醚键阴离子交换膜、苯乙烯和乙烯基苄基氯共聚物、无醚聚芳基哌啶（QMter-co-Mpi）、季铵化聚咔唑（QPC-TMA）聚合物等。
1.4 固体氧化物电解（SOE）
固体氧化物电解技术中阴极材料多使用镍- 钇稳定的氧化锆（Ni-YSZ），电解质常用YSZ 作为电解质，其具有较高的热化学稳定性和离子导电性，阳极材料镧- 锶- 钴- 铁（LSCF）可以在较高的电流密度下运行，因此上述材料是未来阳极材料发展的主要方向。进入阴极时，水蒸气常会混有少量的氢气，防止阴极上的镍被氧化。SOE的反应机理与PEM 水电解制氢不同，水蒸气在阴极得电子形成H2 和O2-，O2- 经过电解质层到达阳极失去电子生成O2。
SOE电解水制氢技术最大的优势是其电耗低，较为适合产生高温、高压蒸汽的光热发电系统。但也存在自身的局限性，其对阴阳极材料的特性要求较高，比如要求阴极材料在湿度较大的条件下具有较好的稳定性，还要对水蒸气的分解保持高效持久的催化活性。阳极材料要具有良好的热稳定性以及氧气透过率高，同时还要保证电解质的离子导电性好。这就使得材料的成本大大增加，因此商业化应用受到了限制。
几种水电解的相关特性对比见表1。
从时间尺度上看，AWE 技术在解决近期可再生能源的消纳方面易于快速部署和应用；但从技术角度看，PEM 电解水技术的电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载，与风电、光伏（发电的波动性和随机性较大）具有良好的匹配性。随着PEM电解槽的推广应用，其成本有望快速下降，必然是未来5~10 a 的发展趋势。SOE、AEM 水电解的发展则取决于相关材料技术的突破情况。
2 PEM电解水制氢技术分析
PEM 水电解槽采用PEM 传导质子，隔绝电极两侧的气体，避免AWE 使用强碱性液体电解质所伴生的缺点。PEM 水电解槽以PEM 为电解质，以纯水为反应物，加之PEM 的氢气渗透率较低，产生的氢气纯度高，仅需脱除水蒸气；电解槽采用零间距结构，欧姆电阻较低，显著提高电解过程的整体效率，且体积更为紧凑；压力调控范围大，氢气输出压力可达数兆帕，适应快速变化的可再生能源电力输入。因此，PEM 电解水制氢是极具发展前景的绿色制氢技术路径。图2为PEM电解池的电堆组件，主要由主要由膜电极组件（MEA）、集电器（气液扩散层）、密封圈和双极板组成。质子交换膜（PEM） 将电解池分成两个半电池（阴极和阳极）。图3为PEM电解水反应微观示意图。
图2 PEMEL工艺概念图
图3 PEM电解水反应微观现象
2.1催化剂
在膜电极中，析氢、析氧催化剂对整个水电解反应至关重要，因为水的分解是析氢和析氧反应的总和。理想的催化剂应具有较高的反应活性、较大的比表面积、不易中毒、造价低廉、环保等特性。
由于PEM 电解槽的阳极处于强酸性环境（pH≈2）、电解电压为1.4~2.0 V，多数非贵金属会腐蚀并可能与PEM 中的磺酸根离子结合，进而降低PEM 传导质子的能力。PEM 电解槽的电催化剂研究主要是Ir、Ru 等贵金属/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以钛材料为载体的负载型催化剂。
膜电极上的铂族催化剂总负载量应降低到0.125 mg/cm2，而当前的阳极铱催化剂载量在1 mg/cm2 量级，阴极Pt/C 催化剂的Pt 载量约为0.4~0.6 mg/cm2。Ru 的电催化析氧活性高于Ir，但稳定性差；通过与Ir 形成稳定合金可提高催化剂的活性与稳定性。中国科学院大连化学物理研究所制备的Ir0.6Sn0.4 催化剂，在全电解池测试中的性能为2 A·cm–2@1.82 V；IrSn可形成稳定的固溶体结构，与Sn 形成合金的过程提高了Ir 的分散性，有助于降低Ir 载量。
受限于PEM 水电解制氢的酸性环境、阳极高电位、良好导电性等要求，非贵金属催化剂或非金属催化剂的研发难度较大，预计一定时期内实际用于大规模电解槽的催化剂仍以Ir 为主。未来降低制氢成本、减少贵金属催化剂用量的更好方法是研发超低载量或有序化膜电极。
2.2隔膜材料
在PEM 方面，目前常用的产品有杜邦公司Nafion系列膜、陶氏化学Dow 系列膜、旭硝子株式会社Flemion 系列膜、旭化成株式会社Aciplex-S 系列膜、德山化学公司Neosepta-F 等。Giner 公司研发的DSMTM 膜已经规模化生产，相比Nafion膜具有更好的机械性能、更薄的厚度，在功率波动与启停机过程中的尺寸稳定性良好，实际电解池的应用性能较优。
为进一步提高PEM 性能并降低成本，一方面可采用增强复合的方案改善PEM 的机械性能，有利于降低膜的厚度；另一方面，可通过提高成膜的离子传导率来降低膜阻和电解能耗，有利于提高电解槽的整体性能。国产PEM 产品进入了试用阶段。
2.3膜电极
PEM 电解水的阳极需要耐酸性环境腐蚀、耐高电位腐蚀，应具有合适的孔洞结构以便气体和水通过。受限于PEM 电解水的反应条件，PEM 燃料电池中常用的膜电极材料（如碳材料）无法用于水电解阳极。3M 公司研发了纳米结构薄膜（NSTF）电极，阴阳两极分别采用Ir、Pt 催化剂，载量均为0.25 mg/cm2；在酸性环境及高电位条件下可以稳定工作，表面的棒状阵列结构有利于提高催化剂的表面分散性。Proton 公司采用直接喷雾沉积法来减少催化剂团聚现象，将载量0.1 mg/cm2 的Pt/C 和Ir，载量0.1 mg/cm2 的IrO2 沉积在Nafion117膜上；单电解池的应用性能与传统高催化剂载量电解池相似（1.8 A·cm–2@2 V），在2.3 V 电压下稳定工作500 h。
2.4双极板
双极板及流场占电解槽成本的比重较大，降低双极板成本是控制电解槽成本的关键。在PEM 电解槽阳极严苛的工作环境下，若双极板被腐蚀将会导致金属离子浸出，进而污染PEM，因此常用的双极板保护措施是在表面制备一层防腐涂层。Lettenmeier等在不锈钢双极板上用真空等离子喷涂方式制备Ti 层以防止腐蚀，再用磁控溅射方式制备Pt 层以防止Ti 氧化引起的导电性降低；进一步研究发现，将Pt 涂层换成价格更低的Nb 涂层，可维持相似的电解池性能，且电解池可稳定运行超过1000 h。美国田纳西大学研究团队采用增材制造技术，在阴极双极板上制作出厚度为1mm的不锈钢材料流场，在上面直接沉积一层厚度为0.15 mm 的网状气体扩散层；该单电池阴极阻抗极小，电池性能高达2 A·cm–2@1.715 V，但仍需要表面镀金以提高稳定性。
2.5电解槽
2003 年，Proton 公司完成了PEM 电解槽持续运行试验（>6×104 h），衰减速率仅为4μV/h。欧洲燃料电池和氢能联合组织提出的2030 年技术目标，要求电解槽寿命达到9×104h，持续工作状态下的衰减速率稳定在0.4~15μV/h。许多研究团队着力探索PEM 电解槽中各部件的衰减机理，发现催化剂和膜的脱落、水流量变化、供水管路腐蚀等会导致欧姆阻抗提高，膜电极结构被破坏后会诱发两侧气体渗透并造成氢气纯度降低，温度/压力变化、电流密度和功率负载循环也会影响部件衰减速率。
中国科学院大连化学物理研究所对PEM 电解槽进行了7800h 衰减测试，发现污染主要来自于水源和单元组件的金属离子；完成了供水量、电流密度变化对PEM 电解槽性能的影响分析。法国研究人员建立了46 kW 电解槽模型，预测了功率波动工况下的工作情况，在温度较高、压力较低时，电解槽效率达到最高并可更好适应功率波动。
在推广应用层面，我国PEM 电解水制氢技术正在经历从实验室研发向市场化、规模化应用的阶段变化，逐步开展示范工程建设，如国网安徽省电力有限公司的兆瓦级氢能示范工程将于2021 年年底建成投产。中国科学院大连化学物理研究所、阳光电源股份有限公司共同建立的PEM 电解水制氢联合实验室，针对PEM 电解水技术产业化的关键问题，如廉价催化剂的活性与稳定性、膜渗透性、膜电极结构等开展研究攻关；针对双极板、扩散层等，发展高电流密度与高电压条件下的廉价抗腐蚀镀层技术，着力提高电解效率、降低综合成本。
2.6 PEM制氢的发展瓶颈
2.6.1 制氢成本
首先是降低制氢成本，其由运营成本和投资成本组成。运营成本主要是电力成本，依赖于可再生能源电力，由于资源分布（风、光） 不均和负荷需求不平衡，输送通道的制约，很大程度上影响可再生能源的消纳和利用率。投资成本包括电堆系统、电力电子设备、气体清洁装置和其他前期成本。电力电子设备成本可以通过更好的电流-电压匹配和工厂规模的平衡来解决，但是电堆系统需要进行技术开发才能达到成本目标。
为了通过创新进一步降低成本，需要将工作重点放在成本最高的组件上。电堆双极板组件过去曾占电堆成本的51%，但通过采用冲压工艺并消除了贵金属镀层，成本降低了75%，目前只占电堆成本的11%。现今常使用的商用PEM电解槽中，使用1m2的膜电极组成60kW的装置，在3A/cm2 的电流下， 实际产氢量可达12.5m3/h。其中膜电极使用Nafion 117商用膜的价格在15000元左右，气体扩散层的价格在10000元左右（共2m3），而催化剂的价格按使用Pt/C和IrO2计算，阴极催化剂原料的价格在5000元左右，而阳极催化剂原料的价格在25000元左右，加上辅料和加工费用，总体价格会有50%以上的浮动。因此降低MEA和气体扩散层的成本具有重要意义。
贵金属作为稀缺资源，在很多领域有战略应用，随着贵金属的大规模使用，贵金属资源的大量使用，其价格也会逐渐攀升。因此使用非贵金属替代是势在必行的。如能减少使用一半贵金属催化剂用量，就能降低至少30%的MEA原料成本。开发膜制备技术需要在减小膜厚度的情况下，注重质子传导率、氢氧气体交叉渗透以及高压差下的机械稳定性三者之间的平衡，这是目前膜技术开发所面临的瓶颈问题。而气体扩散层的微观结构对装置的整体效率起着重要作用，需要在孔隙率和平均孔径值方面进行优化。
2.6.2 电堆性能
其次是提高性能，电堆的性能主要取决于电极材料。目前无论是阳极材料还是阴极材料，性能最佳的仍是贵金属基电催化剂。为了达到既提高性能又降低成本的目标，更多的研究需要关注于降低贵金属的负载以及寻找高性能的贵金属基电催化剂替代品。另一方面，OER缓慢的动力学和OER催化剂材料的不稳定性为PEMEL技术的最终商业化制造了技术障碍，利用原位表征技术和理论计算相结合，探索OER复杂的反应机理和活性中心的识别及动态演变是未来研究的关键。
2.6.3 电堆寿命
最后是增强耐用性， 延长电解池的寿命。PEMEL的电能大多由可再生能源多余的发电供给，而这种性质的电源会导致电解池波动性、间歇性地运行，来应对频繁的启停瞬变。这种情况对PEMEL会产生何种影响，相关的研究并不多。但可以参考其逆装置PEMFC，PEMFC的启停循环对电解池寿命有很大的负面影响，会引起催化剂材料的降解。因此为了扩大当前的PEMEL技术在制氢市场中的份额，研究频繁的启停瞬变对PEMEL耐用性的影响以及作出针对性地解决策略是必不可少的。通过市场提供的数据样本对电堆各个组件的生命周期以及催化剂材料的降解机理进行研究是一个很好的途径。但由于PEMEL技术市场化程度并不算高，能够提供的数据较少，因此如何改善预估组件寿命的方法，以及如何进行加速测试获得更多的数据对电堆使用寿命进行研究以增强其耐用性是目前的一大挑战。
2.7 PEM制氢应用展望
根据国际能源署2019年的世界能源展望，到2040年，全球将增加近8500GW的新电力容量，其中三分之二是可再生能源。针对上游间歇性可再生能源储能需求，PEMEL制氢技术启动时间短，响应速度快，由于其相较于碱性电解池更灵活的特点，能够与可再生能源发电更好地兼容并成为其残余电量的缓冲。PEM制氢技术消纳风能、光能等可再生能源弃电，将其转化为更易储存、能量密度高的绿色氢能。根据近期全球宣布的建设项目，电解池装机容量将从2019年的170MW增加到2021年的730MW，PEM技术应用的进一步扩展既能利用更多的可再生能源弃电，又能提供更多的氢能加快清洁能源的转型，减轻全球能耗带来的污染。
针对和下游产业的联合应用，PEM制氢技术能够生成纯度在99.9%以上的氢气，可以在比AEL电解装置（约30bar）更高的压力（约50bar）下生产氢气，更好地适应下游高压需求的应用。如图4 所示，PEM技术制得的氢气可以分成四条途径应用。
第一条途径可以作为化工原料和来自工业废气或空气中捕集的CO2合成甲烷、甲醇以及费托合成产品。化工行业越来越倾向于用低碳氢代替富含碳的氢源，一些大型项目已经将碳捕获和封存应用于该行业的化石气产氢，例如壳牌的Quest项目。
第二条途径可以和来自空分的N2进行Haber-Bosch合成氨。氨合成工艺对氢的含碳量要求也极为苛刻，因此PEM技术制得的低含碳量高纯度的绿氢具有广泛的应用前景。
第三条途径为直接作为能源应用，PEM技术可以作为加氢站的制氢方法，为燃料电池汽车提供动能，减轻交通运输行业造成的尾气污染。除运输外，家庭供暖和工业高品质热源也是可能出于脱碳目的而提高低碳氢需求的行业。将氢气混合到现有的天然气网络中几乎不需要对基础设施或终端用户设备进行调整。
此外，超纯氢气作为还原气体和保护气体，是电子器件和芯片加工行业的关键原料，主要应用于半导体器件、集成电路芯片以及液晶平板显示器生产等领域，随着我国集成电路产业和软件产业的升级转型，超纯氢气将拥有更大的用武之地。
图4 PEM制氢产业路线示意图
高纯度的氢气产物、自身突出的灵活性以及日益扩大的规模决定该技术有着在未来逐步取代AEL技术的潜力。以上对上游可再生能源的储能需求和下游产业联合应用的分析，能够表明PEM制氢技术将继续拓展在制氢领域所占的份额，是全球清洁能源体系转型不可或缺的一部分。
3 电解水制氢研究态势
从20 世纪90 年代开始才系统地研究电解水制氢问题，在1990 年之前，有关电解水制氢的研究都是零星开展。2013 年后，该领域的年均发文量突破1000 篇，每年的发文量以25% 左右的增长率增长，全球关于电解水制氢的研究已具备相当规模且发展迅速。在ISI Web of Science-SCI 数据库中，2020年6月按照文献类型Article 和Review 进行筛选，共获得37726 篇论文。全球共有近130 个国家和地区开展了电解水制氢的研究，发文量前十位的国家分别是中国、美国、韩国、日本、德国、印度、澳大利亚、英国、新加坡、加拿大，上述前十位的国家和地区在水电解制氢技术研究中的发文量占总量的70% 以上。
在电解水制氢研究SCI 论文中，中国有17家研究机构进入全球机构排名前二十位（见表2）。在国内排名前二十位研究机构中（见表3），除中国科学院外，其他19 家单位均为高校。从研究机构的发文数量看，中国电解水制氢领域前二十位的研究机构发文量均在270 篇以上。其中，在中国科学院各研究所在电解水制氢领域开展了广泛的研究，中国科学院以2592 篇SCI 论文的发文量，遥遥领先于其他机构。
3.1 研究主题分析
根据检索出的文献，通过TDA 分析工具对关键词进行分析，排除无效概念，得到关于电解水制氢研究所涉及的高频关键词。将主题关键词分为四类，即电解水制氢的反应原理、催化、电极材料和结构四个研究方向，分别进行筛选、聚类及相关性分析，得出各主题之间的相互关系，以及热点主题（见表4）。其中，电解水制氢的反应原理主要有水分离、析氢反应、析氧反应、氧化还原反应、密度泛函理论、电沉积等电解水制氢所需的相关反应；催化是指电催化作用、电催化剂、光催化作用、光催化剂、多相催化、光电催化等催化有关的概念；电极材料包括二氧化钛、氧化钴、磷化钴、二硫化钼、碳化钼、铂、钌、石墨烯、氧化铱、钙钛矿等；结构主要与纳米结构、纳米粒子、纳米片、纳米复合材料、纳米线、二维材料、核壳结构等有关。
在电解水制氢相关反应研究上：析氢反应（Hydrogen evolution reaction、Hydrogen evolution）、析氧反应（Oxygen evolution reaction、Oxygen
evolution）、电催化作用（Electrocatalysis）、电催化剂（Electrocatalyst）、氧还原反应（Oxygenreduction reaction）、电沉积（Electrodeposition）、
有机框架（Metal-organic frameworks）、完全分解水（Overall water splitting）、双效氧电极电催化剂（Bifunctional electrocatalyst）、二硫化钼（MoS2）等关键词之间存在关联关系。阴极反应和阳极反应是水分解的两个半反应。其中，析氧反应和氧化还原反应关联最为紧密。
催化材料研究上：水分解（Water splitting）、光催化（Photocatalysis）、制氢（Hydrogenproduction）、氢（Hydrogen）、光催化剂（Photocatalyst）、电解（Electrolysis）、二氧化钛（TiO2）、可见光（Visible light）、太阳能（Solarenergy）、半导体（Semiconductors）间均存在相互关联。太阳能提供了丰富的光热能源，光催化是制氢的重要技术途径。
光电化学研究上：光电化学（Photoelectrochemical、photoelectrochemistry） 光电阳极（Photoanode）、赤铁矿（Hematite）、光催化水分解（Photocatalytic water splitting）关键词之间关系密切；目前，光电化学是水电解制氢的主要研究方向。
在结构研究上：电化学（Electrochemistry）、纳米结构(nanostructures)、在半导体材料中掺杂质（Doping）、催化作用（Catalysis）、能量转换（energy conversion）等关键词之间相互关联；同时，这些关键词之间互相交叉，构成网状结构。
3.2论文分布情况
分析发文量前十位国家在电解水制氢相关反应、催化材料、光电化学和结构四个方面的发文量分布，了解各国在该领域内的研究重点（见图5）。整体上看，各国在电解水制氢相关反应布局的研究方向所占比重最大，其次是催化材料方面，光化学以及结构在各国的研究中占比最少。
从研究方向上看，中国、澳大利亚、新加坡在电解水制氢相关反应方面的研究占比均超过50% 以上，其中中国发表的有关论文占比最高，达到58%。在催化材料的研究中，日本研究占比超过50%，此外英国和加拿大在催化材料研究布局超过相关反应的研究布局。在光电化学的研究中，各国布局相差不多。新加坡在结构方面的研究要大于其他国家。
从国家层面看，中国、美国、韩国、澳大利亚、新加坡在相关反应、催化材料、光电化学和结构四个研究方向布局较为一致，上述四个研究方向发文量的比重基本为5:3:1:1。德国、印度、英国、加拿大在相关反应、催化材料的研究布局相当，而日本在四个研究方向发文量的比重基本为3:5:1:1。
图5 电解水制氢研究主题国家分布
3.3专利申请情况
从专利技术的国家（地区）来源来看，中国和日本的专利技术最多，专利占比分别约为38%和26%，两国国家申请的专利占该技术领域的一半以上。从专利技术的市场分布来看，专利市场主要分布于中国、日本、美国、欧洲和韩国。从图6 和图7 可以看出，电解水制氢相关技术主要掌握在中国和日本手中，而该技术的应用市场集中在全球均有分布，专利市场除亚洲、北美和欧洲外，在南美洲的巴西以及大洋洲的澳大利亚均有布局。
图6 专利技术来源国家（地区）分布
图7 专利技术市场国家（地区）分布
专利申请数量位居前五十位的机构中有19 家为公司（表5），且多为跨国公司，科研机构有1 家，为中国科学院大连化学物理研究所。其中，来自美国的专利申请人1 家，中国1 家，其余18 家均为日本企业。排名第一位的专利申请人为日本本田技研工业株式会社，专利申请量为172 件。中国科学院大连化学物理研究所排名第七，专利申请量56件。美国悍得实业有限公司排名第十五位，专利申请量有38 件。可以看出日本在电解水制氢方面有很大优势。
在中国专利权人前十五位的排名中（见表6），其中有1 家为企业，1 家为科研机构，2 位个人，其余11 家均为高校。整体上看，中国的研究机构进入该技术领域时间较短（10 年左右），但是保持着活跃的研发活动和技术创新力，专利申量逐年快速增长，在该技术领域具备一定的技术竞争力。
根据图8 绘制的技术主题分布图， 目前电解水制氢研发的专利申请内容集中在催化剂制备方法、钌、通用模型、进水口链接管道、聚合物电解质膜以及固定相等方面。
图8 电解水制氢领域专利申请布局
4 结语
通过几种电解水制氢技术的对比，PEM制氢技术响应速度快，能够和可再生能源电力更好地兼容；产氢纯度高，适应运输业与工业领域的低碳目标；高压操作，满足了下游产业的压力需求，多项优势表明该技术在未来市场具备广阔的前景。
但为了进一步提升商业化程度，必须解决目前出现的一系列挑战。首先在成本方面，需要开发更先进的膜合成方法，制备复合材料膜取代Nafion膜，以及在不影响性能的情况下，降低贵金属催化剂负载量以及开发非贵金属基催化剂；其次在性能方面，使用先进的原位电化学表征工具以及理论计算研究水分解的反应机理和催化剂的活性位，进一步优化催化剂的表界面电子结构，开发出高性能催化剂；最后在耐用性方面，通过加速测试研究催化剂的降解机理以及电堆组件的老化现象，提出针对性解决方案，延长电堆生命周期。
从电解水制氢研究论文以及专利申请方面来看，我国已逐渐走在世界前列，在最近10年电解水制氢领域研究比较活跃，具有较强的竞争力，随着国家及地方氢能源政策的不断落地，氢能产业化正在飞速向前迈进。
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