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

與此同時，質子交換膜還需要具備良好的化學穩定性，可以承受強酸性的工作環境；較強的親水性也必不可少，這可以預防質子交換膜局部缺水，避免干燒。質子交換膜的性能好壞，直接影響著PEM電解槽的運行效率和壽命。

東岳，水電解制氫膜

質子交換膜的加工仍然存在難度。和燃料電池使用的質子交換膜（厚度10微米左右）相比，PEM電解槽使用的質子交換膜更厚（150-200微米），在加工的過程中更容易發生腫脹和變形，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反應的場所，催化劑需要具備良好的抗腐蝕性、催化活性、電子傳導率和孔隙率等特點，才能確保PEM電解槽可以有穩定運行。

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電解槽的強酸性運行環境下，非貴金屬材料容易受到腐蝕，并可能和質子交換膜中的磺酸跟離子結合，降低質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，而氧化銥是目前應用最廣泛的陽極催化劑。

氣體擴散層，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。

玖昱，鈦纖維氈

在陽極，液態水通過氣體擴散層傳導至催化劑層，被分解為氧氣、質子和電子。生成的氧氣通過氣體擴散層反向回流至雙極板，質子通過質子交換膜傳導至陰極，電子則通過氣體擴散層傳導至陽極側雙極板后進入外部電路。

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

雙極板不僅是支撐膜電極和氣體擴散層的支撐部件，也是匯流氣體（氫氣和氧氣）及傳導電子的重要通道。陰陽極兩側的雙極板分別匯流陰極產生的氫氣和陽極產生的氧氣，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械穩定性、化學穩定性和低氫滲透性。陽極產生的電子經由陽極雙極板進入外部電路，再通過陰極雙極板進入陰極催化層。因此，雙極板還需要具備高導電性。