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质子交换膜(PEM)电解技术，有时也被称为固体聚合物电解(SPE)技术，是由美国通用电气公司在20世纪70年代最开始进行研究。
PEM电解技术最大的特点是使用了全氟磺酸材料的电解质薄膜，该薄膜在室温条件下就具有很好的质子传输能力。由于电解质膜的厚度很小，这使得PEM电解单体中阴极和阳极的间距很低，降低了工作过程中欧姆电阻的损耗，从而使PEM电解电堆的最大工作电流密度能够达到2-3A/cm2。
与此同时，相对于传统的碱水电解技术，PEM纯水电解技术还具有体积小、反应速度快、电解效率高、大的负载范围以及高的产物纯度。随着各国都在加大对氢能和燃料电池技术的开发和利用，制氢技术作为氢能产业链的一个重要环节，也成为国家大力发展的对象。
目前我国的主要氢气来源还需要依靠化石能源制氢技术，而PEM电解技术作为绿色制氢技术是国家重点发展的对象，与此同时该技术还能与可再生能源构成可再生能源-氢能-燃料电池的储能-发电系统，更好地解决国家关于可再生能源的消纳问题。
按照电解质性质的不同，目前电解水制氢技术主要分为四种：
1.AWE：碱性水电解水制氢
AWE电解水制氢原理示意图
2.AEM：阴离子交换膜电解水制氢
AEM电解水制氢原理示意图
3.PEM：质子交换膜电解
AEM电解水制氢原理示意图
4.SOE：高温固体氧化物电解水制氢
SOE电解水制氢原理示意图
由于AEM和SOE目前仅在实验室阶段，没有商业示范应用，我们今天仅简单讨论一些AWE和PEM方式现状制氢的优劣。
近段时间，国内市场上pem制氢机的发展势头渐强，很多商家大力宣传PEM制氢机，使很多用户误以为PEM水电解技术已经完全成熟，鉴于此种情况，我们简单针对现状进行一下厘清，以免用户在选择制氢机的时候产生盲目性。下面，我们从五个方面对碱液水解制氢和质子交换膜纯水制氢进行分析和对比。
关于水电解制氢的主流技术详解
水电解制氢
水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC）。国内目前有中科院大连化学物理研究所、中船重工集团718研究所等单位开展PEM水电解制氢技术研究，都尚处于研发阶段。
碱性水电解制氢电解槽隔膜主要由石棉组成，起分离气体的作用。阴极、阳极主要由金属合金组成，如Ni-Mo合金等，分解水产生氢气和氧气。工业上碱性水电解槽的电解液通常采用KOH溶液，质量分数20%~30%，电解槽操作温度70~80℃，工作电流密度约0.25 A/cm2，产生气体压力0.1~3.0 MPa，总体效率62%~82%。碱性水电解制氢技术成熟，投资、运行成本低，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。水电解槽制氢设备开发是国内外碱性水电解制氢研究热点。
区别于碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。与碱性水电解制氢相比，PEM水电解制氢工作电流密度更高（1 A/cm2），总体效率更高（74%~87%），氢气体积分数更高（>99.99%），产气压力更高（3~4 MPa），动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、
风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。过去5年电解槽成本已下降了40%，但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题，这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。为此降低催化剂与电解槽的材料成本，特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量，提高电解槽的效率和寿命，是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。
不同于碱性水电解和PEM水电解，高温固体氧化物水电解制氢采用固体氧化物为电解质材料，工作温度800~1 000℃，制氢过程电化学性能显著提升，效率更高。SOEC电解槽电极采用非贵金属催化剂，阴极材料选用多孔金属陶瓷Ni/YSZ，阳极材料选用钙钛矿氧化物，电解质采用YSZ氧离子导体，全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀问题。高温高湿的工作环境使电解槽选择稳定性高、持久性好、耐衰减的材料受到限制，也制约SOEC制氢技术应用场景的选择与大规模推广。目前SOEC制氢技术仍处于实验阶段。国内中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、中国科技大学开展了探索研究。国外SOEC技术研究集中在美国、日本和欧盟，主要机构包括三菱重工、东芝、京瓷、爱达荷国家实验室、Bloom Energy、托普索等，研究聚焦在电解池电极、电解质、连接体等关键材料与部件以及电堆结构设计与集成。
家用氢气呼吸机
其实家用氢气呼吸机的制氢原理与当前的质子膜氢氧分离水素杯大同小异（有细节不一样），是通过把水电解成氧和氢，然后把两者分离（副反应少量的臭氧与氧一起在阳极排出，通过专用的管道或与水一起排出），下面的这个讲述吸氢机制氢原理的资料摘自台湾氢元吸氢机网页，这是有史以来见过最为详细的：最新 PEM + MEA 电解核心产氢技术，以美国杜邦公司开发的高密度质子交换膜（质子膜）为固态电解质，搭配膜电极组，能高效率地将纯水电解，产生纯氢与纯氧，此技术为高科技质子交换膜燃料电池(PEMFC)之逆反应工程。
左侧为吸氢机核心配件，右侧为质子膜燃料电池原理示意图
■只加纯水，产氢纯度当然最高
利用高分子质子交换膜做固态电解，只需添加纯水，即可产出纯度达 99.995%以上(SGS检验认证)的氢气，避免传统电解需利用自来水，或水中添加氢氧化钠等液态电解质帮助导电，因而产出氯气、次氯酸、臭氧等对人体有害的副产物。
传统电解水产氢(如下图)，除了主反应产生些微氢气外，还会在阳极端发生两个副反应，分別产出氯气与臭氧危害身体健康；而有些厂商为了提高产氢量，会在水中添加氢氧化钠、氢氧化钾稀释液帮助导电，但这些化学物质易挥发，使产氢纯度大幅下降。
传统制氢的两个副反应
■氢氧彻底分流，才能说安全
氢气燃烧需要有氧气的帮助，传统电解水的产氢方式，伴随产生的氧气无法有效地与氢气彻底分流，只要遇到高温，机器就会有燃烧爆炸的可能。
PEM + MEA 产氢技术，核心为美国杜邦高分子质子交换膜，是由含氟聚合物组成，气密性佳，能完全阻隔阳极产生的氧气，达到氢氧分流的效果。唯有如此，才能安心地享受氢气的美好。
上图可以看出氧是与水一起排出的
■接上鼻吸管，开始氢呼吸
氢元研发生产的氢气机提供最高纯度的氢气，只要接上鼻吸管，即可轻松享受氢气带给您的好处。透过直接的氢呼吸，可以在短时间内让身体充满大量氢分子，提升抗氧化的能力；根据研究结果显示：透过氢呼吸，体内大脑与肌肉细胞的氢分子浓度是饮用氢水的好几倍。
纯氢打入水，才是真氢水，氢水很简单，就是先制造「高纯度」氢气后，再打入平常我们的饮用水中。
氢杯或水素水杯利用传统接触性电解，号称可直接将饮用水转变成氢水，却被日本媒体踢爆，许多氢杯制造的氢水，氢浓度含量很低，有的甚至没有氢气。
需要强调的是，国内科力恩吸氢机（不用的气体通过水排出）或其他主流氢气呼吸机，都是采用这种制氢原理的。
信挚纳米气泡技术讲解素材 提到设备：XZ-SH-H1A XZ-S1 XZ-SH-HY1C该产品集合了目前比较先进的CCM质子交换膜技术、信挚气液混合技术以及HEAT-TURBO技术，在氢水浓度、氢水制备效率、氢水安全性方面，均优势明显。一、CCM质子交换膜技术该技术被称为氢健康产业的第三次技术突破，完全解决了核心安全问题，零间距电极的应用大幅提高工作效率。纯水的电导率太低，因此纯水电解非常困难。要想实现电解水，往往需要在水中添加氢氧化钠、硫酸等电解质来提高导电性。
而信挚的专利技术CCM-Tech，实现了电极的纳米级间距，即使是纯水也可以有效的电解，产生纯氢！产氢效率非常高，电流密度是质子光膜的5倍！极小的功率就可以满足超高浓度的氢水制备，性能卓越。可秒级瞬时制备出超饱和2.5 mg/L(ppm)及以上的高浓度氢水，无需等待，瞬时高浓。
CCM 零间距膜电极，是目前性能非常好，安全性非常高的产氢方案。
二、XZ气液混合技术纳米气泡技术被认为是非常完美的气液混合技术。这基于纳米气泡自身神奇的物理特性：（1）超大比表面积纳米气泡具有普通气泡难以企及的比表面积，由此而增加的接触面积极大地提升了气和液体成分的化学反应效率。（2）超长气泡寿命毫米微米等大气泡会直接向上运动，快速到达水体表面并逃逸破灭消失。纳米气泡突破了经典物理对于气泡运动状态的定义，它几乎不受浮力影响，上升速度非常慢，远低于布朗运动，整体上表现为不上升。
这样，通过采用这一技术，生成的10-230nm的超细微气泡将氢气包裹在气泡中，阻止氢气逃逸，无论是对于氢水的氢气溶存度提高还是对于氢气的弥散度降低都是非常有优势的。该产品创新的将CCM质子交换膜技术和Nanobubble气液混合技术两个核心技术组件设计融合，将产氢和混氢分成两个工厂 完成，产氢工厂 只负责生产高纯度氢气，而混氢工厂 只运用物理混氢技术将氢气高效的溶解在水中。使用此方案不改变饮用水的任何理化指标，完全避免了传统直接在体电解型产品的技术缺点，纯物理加氢技术，最大的优势是极高的生物安全性！
XZ气液混合技术纯物理混合，无任何化学反应参与，让用户更安心。三、HEAT-TURBO技术(高温储氢)氢气在常温常压下的饱和溶解度为1.58mg/L，这就是咱们经常听说的1.58ppm。这个值不是一成不变的，如果此时将温度提高，则氢气的饱和溶解度会随着温度逐渐降低。举个例子：水温达到70度的时候，氢气的饱和值就变成了0.8ppm左右。
而通过应用HEAT-TURBO技术，实现瞬间给氢水加温，率先在近50℃、70℃等高水温环境下实现高浓度氢水制备，氢浓度虽然也有衰减，不过可以被控制在有限的范围之内。美国H2 HUBB氢医学研究中心检测报告数据显示：在体温水模式（47摄氏度左右）能达到平均1.7ppm的浓度，而在高温水模式（70摄氏度左右）均值能够达到1.14ppm，甚至比一些氢水机常温状态下制氢的氢浓度都要高，确保了水中还是能够溶解足量的氢分子。
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