PEMmáy điện phân sử dụng chất mỏngmàng trao đổi proton(0,2 mm) và các điện cực có cấu trúc tiên tiến, cho phép điện trở thấp hơn và hiệu suất cao hơn. Màng trao đổi proton axit perfluorosulfonic (PFSA) có độ ổn định hóa học và độ bền cơ học, có khả năng chịu được chênh lệch áp suất cao lên tới 70 Pa. Tuy nhiên, môi trường axit, điện áp cao và sự giải phóng oxy ở anot tạo ra môi trường oxy hóa khắc nghiệt. Do đó, các kim loại quý như iridi hoặc bạch kim được yêu cầu làm vật liệu điện cực, không chỉ cung cấp độ ổn định lâu dài cho các thành phần của cell mà còn có độ dẫn điện tử tuyệt vời, do đó tăng cường hiệu quả phản ứng. Chi phí cao của chất xúc tác kim loại quý góp phần làm tăng chi phí của các ngăn xếp PEM so với các bình điện phân kiềm.
Thiết kế củaPEMHệ thống điện phân nhỏ gọn và đơn giản, nhưng chúng nhạy cảm với các tạp chất trong nước như sắt, đồng, crom và natri, và dễ gây ra nguy cơ hỏa hoạn. Hiện tại, diện tích điện cực của máy điện phân PEM đạt tới 2000 cm², nhưng vẫn còn một khoảng cách đáng kể để đạt được mục tiêu cấp MW với các ngăn xếp đơn. Ngoài ra, độ tin cậy và tuổi thọ của máy điện phân PEM cấp MW lớn vẫn cần được xác nhận.
Các thành phần của hệ thống PEM đơn giản hơn nhiều so với các thành phần của hệ thống kiềm, thường chỉ cần một máy bơm tuần hoàn, bộ trao đổi nhiệt, điều khiển áp suất và thiết bị giám sát ở phía anot (oxy). Ở phía catot, thường cần các thành phần như bộ tách khí, thiết bị khử oxy để loại bỏ oxy dư, máy sấy khí và máy nén. Hệ thống PEM có thể hoạt động trong điều kiện áp suất khí quyển, chênh lệch và cân bằng, giúp giảm chi phí, độ phức tạp của hệ thống và chi phí bảo trì.
Điều kiện áp suất cân bằng:Cả hai mặt của bình điện phân đều hoạt động ở cùng áp suất, được kiểm soát bằng các van điều chỉnh áp suất oxy và hydro.
Điều kiện áp suất khí quyển (<1 atm):Khi có nước trên anot và điện áp của pin vượt quá điện áp trung tính nhiệt ở nhiệt độ môi trường, hydro và oxy sẽ được tạo ra ở các điện cực.
Điều kiện chênh lệch áp suất:Chất điện phân màng PEM có thể hoạt động dưới chênh lệch áp suất 3-7 MPa, nhưng cần màng dày hơn để tăng cường độ bền cơ học và giảm sự thẩm thấu khí để đảm bảo hiệu quả. Ngoài ra, thường cần thêm chất xúc tác để chuyển đổi hydro thẩm thấu do áp suất cao trở lại thành nước.
