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聚合物薄膜電解槽制氫（PEM），一些地方也稱之為固體聚合物電解質(zhì)（SPE）水電解制氫。該種原理不需電解液，只需純水，比堿性電解槽安全，電解槽的效率可以達(dá)到85％或以上，但由于在電極處使用鉑等貴重金屬，薄膜材料也是昂貴的材料，故PEM電解槽目前還難以投人大規(guī)模的使用。

其工作的主要原理是：去離子水被供到膜一電極組件上，在陽(yáng)極側(cè)反應(yīng)析出氧氣、氫離子和電子；電子通過(guò)電路傳遞到陰極，氫離子以水合的形式(H+XH20)通過(guò)離子交換膜到陰極；在陰極，氫離子和電子重新結(jié)合形成氫氣，同時(shí)，部分水也帶到了陰極。

聚合物薄膜電解槽制氫的特點(diǎn)是：氫離子（H+）在陰、陽(yáng)極之間的電場(chǎng)力作用下穿過(guò)離子交換膜。

純水電解制氫是把滿足要求的電解水（電阻率大于1MΩ/cm，電子或分析行業(yè)用的去離子水或二次蒸餾水皆可）送入電解槽陽(yáng)極室，通電后水便立刻在陽(yáng)極分解：2H2O=4H++ 2O-2，分解成的負(fù)氧離子（O-2），隨即在陽(yáng)極放出電子，形成氧氣（O2），從陽(yáng)極室排出，攜帶部份水進(jìn)入水槽，水可循環(huán)使用，氧氣從水槽上蓋小孔放入大氣。氫質(zhì)子以水合離子（H+XH2O）的形式，在電場(chǎng)力的作用下，通過(guò)SPE離子膜，到達(dá)陰極吸收電子形成氫氣，從陰極室排出后，進(jìn)入氣水分離器，在此除去從電解槽攜帶出的大部分水份，含微量水份的氫氣再經(jīng)干燥器吸濕后，純度便達(dá)到99.999%以上。實(shí)際上用于吸氫機(jī)是不需要水份干燥的。