PEM電解水制氫，也就是質子交換膜水電解制氫，是指使用質子交換膜作為固體電解質，并使用純水作為電解水制氫的原料的制氫過程。電解槽是制氫設備的核心單元，是水電解制氫氧的主要設備，在槽體內充入電解液，在直流電的作用下使水發生分解，在陰極表面產生氫氣，陽極表面產生氧氣。

技術簡介

1.PEM技術簡介

水電解制氫主要發生場所為電解槽，電解槽將水在直流電的作用下電解成氫氣和氧氣。電解槽的每個電解小室分為陽極小室和陰極小室，陰極小室產生氫氣，陽極小室產生氧氣。

目前市場對電解槽的主流性能要求為氫氣純度高，能耗低，結構簡單、制造維修方便便宜且使用壽命長，材料的利用率高。電解槽主要部件和材料包括電極、隔膜和電解液，其中電極主要由金屬材料構成，約占電解槽成本的57%。

1.1技術對比

主流的電解水制氫技術包括堿性水電解（ALK）、質子交換膜電解（PEM）、高溫固體氧化物電解（SOEC）以及固體聚合物陰離子交換膜電解（AEM）四種。

在我國，ALK水電解技術已經完成商業化，產業鏈整體比較成熟，PEM技術目前處于商業化初期，受益于各地政策規劃，未來行業規模與產業鏈國產化趨勢有望進一步加強；SOEC與AEM技術目前大部分處于研發與示范階段，僅有少量產品試點商業化。

電解制氫技術路線對比

1.2.結構

PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、催化劑層、氣體擴散層、雙極板，其中擴散層、催化層與質子交換膜組成膜電極（MEA），是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所，膜電極特性與結構直接影響PEM電解槽的性能和壽命。

電解槽的主要組成部分

鉑、鈦、銥等貴金屬成為PEM電解槽擴產的主要瓶頸，降低貴金屬使用率或開發替代材料是PEM電解槽的降低成本的未來發展趨勢。電解水制氫的成本主要取決于電力成本、電解槽投資成本和運行負荷，其中電力成本對電解水制氫的敏感性影響最高，占60%～70%。隨著電力成本下降，設備投資成本的占比逐漸增加。電解槽作為整個系統的核心，其成本占系統成本的45%。其中雙極板占電堆成本的50%以上，膜電極成本約占1/4，其中貴金屬約占系統成本的10%。未來PEM電解槽的擴產瓶頸可能不僅取決于貴金屬的高成本，而是其供應可用性，因此需要盡量降低貴金屬的使用量或開發替代材料。

市場規模及主要玩家

1.市場規模

目前我國制氫電解槽市場中，堿性電解槽占據主要市場，約90%，PEM電解槽占10%左右，AEM和SOEC目前仍在實驗室階段，商業化程度較低。

目前歐洲堿性電解槽和PEM電解槽的市場占比基本持平，未來中國電解槽市場PEM占有率將逐漸上升，原因有：

1）國內的堿性電解槽和國外開始時間基本一致，發展到現在已經有20年時間了，目前的技術路線比較穩定，行業人的門檻不高，目前能改進的點在于可再生發電的適應性和安全性的提升，產品的降本空間和性能空間提升都不太大。而PEM對于國內來講是最近兩三年剛開始發展的技術，研究能力和產品能力都比較低，大家還在起步研發階段。

2）歐洲的堿性電解槽沒有比國內發展的更早、更好，他的降本沒有國內做的那么狠；同時，歐洲的國家在能源政策上會更加傾向于使用更適合風光儲能的PEM路線，PEM啟停速度快，由于政策的支持加上多年PEM的研發，PEM產品的成本降下來了，和堿性電解槽的成本差距不大，性能和耐久性等也和堿性有一定的競爭力。

3）整體來看，國內相比于歐洲，PEM技術路線還有3年左右的技術差距，根據市場規律，在國內PEM產品研發和風光儲能項目發展下，未來PEM產品市場占有率逐步上升是可預見的事。

2.主要玩家

GGII數據顯示，2023年中國PEM電解水制氫裝備出貨量有望達到0.08GW，到2030年增長至19GW，年均復合增長率為124%。隨著PEM 電解槽出貨量的增長，以及技術提升、工藝優化、降本帶來的市場應用規模的擴大，預計2025年PEM電解槽膜電極市場規模將超7億元，到2030年將超110億元。目前國內市場可以提供PEM制氫膜電極產品的企業已超十余家，大多數產品仍處于實驗室階段，整體市場趨勢如下：

1）性能和成本有待繼續研發和改進。目前我國PEM產品并不成熟，成本保持在堿性電解槽的3-5倍，電流密度和壽命等核心指標還未達到先進程度。未來，性能更優、成本更低、產線量產能力更強的企業將會成為市場競爭的贏家。

2）渠道和客戶能力是競爭的關鍵。制氫產業極度依賴產業鏈上下游關系，已成熟量產的企業基本都與國內風光儲企業有股權或業務聯系，自主創業企業也在不斷地與下游合作爭取訂單。