电解水制氢主要原理为水分子在直流电的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。电解水制氢系统一般分为电解槽和辅助系统两大部分。其中辅助系统包括：电解液供给系统——循环泵；电气系统——变流器、蓄电池；空气系统——空压机；气体处理系统——气体纯化干燥系统；冷却系统——补水泵；控制系统。根据电解槽隔膜材料不同，电解水制氢技术可以分为碱性(ALK)电解水、质子交换膜(PEM)电解水、阴离子交换膜（AEM）电解水以及高温固体氧化物(SOEC)电解水四种。AEM 电解水制氢技术是基于 ALK 和 PEM 电解技术发展起来的,结合了这两种技术的优点。其结构类似 PEM 电解槽，用阴离子交换膜取代质子交换膜进行 OH− 的传递，如图 1 所示。与其他电解水制氢原理类似，AEM电解水制氢也涉及两个半反应：析氧反应和析氢反应。使用纯水或低浓度碱性溶液作为电解液，一般在 1.8 ~ 2.5V 电压驱动下，电解装置以电化学方式分解水并产生氧气和氢气。AEM制氢结合了碱性（ALK）电解技术和质子交换膜（PEM）技术的优点，同时解决了它们在成本、效率以及寿命等方面的诸多问题。在弱碱性条件下工作，AEM制氢技术可以使用价格低廉的非贵金属催化剂，降低了催化剂成本和能耗，且阴离子交换膜、多孔传输层、双极板的成本均低于 PEM 电解中的同类部件，能大幅降低成本；同时，采用聚合物膜，具备良好的动态响应特性，能够适应可再生能源的波动，如 PEM 电解技术一样。低成本与高动态响应是 AEM 电解水的主要优势。此外，AEM 电解可用纯水或低浓度的碱性溶液代替浓 KOH 溶液作为电解质，有效避免了强腐蚀问题，因此整个电解水装置具备无泄漏、体积小、易处理等优点，整体制氢成本较低，稳定性高。AEM电解槽单槽通常由膜电极( Membrane Electrode Assembly，MEA ) 、双极板（Bipolar Plate, BP）封装而成。其中，膜电极是电化学反应的场所，是决定电解槽性能的关键部件，通常由阴离子交换膜（Anion Exchange Membranes, AEMs）、催化剂层（Catalyst Layer, CL）、气体扩散层（Gas Diffusion Layer, GDL）等组成。AEM技术关键是阴离子交换膜，其将OH− 从阴极传输到阳极，同时阻隔气体和电子在电极间的直接传递。正因膜的特性，AEM电解槽在结构设计、催化剂等方面的选择面更广、更具灵活性。一方面，AEM膜与PEM膜具有相似的致密性、易负载性，故其在结构上可以选择走PEM电解槽的膜电极式路线；另一方面，因AEM膜在碱液中导电性较好，也可以走类似ALK电解槽的结构路线。AEM电解槽的膜电极式结构（简称：AEM膜电极式）与PEM电解槽相似，主要由AEM膜电极、极板两部分组成。其工作原理也与PEM电解槽相似。AEM膜电极式工作时，水分子在膜电极的阴极被电还原成氢气，产生氢氧根，之后氢氧根通过AEM膜传输到阳极，在阳极氧化为氧气。电解液方面，AEM膜电极式可以使用纯水或碱性较低的溶液。使用浓度较低（如5%KOH）的碱性电解液可以起到提高导电性并维持两极非酸性环境的作用。而PEM电解槽使用纯水做电解液，工作时阳极呈现强酸性与强氧化性环境，并且透过离子膜的是氢离子而非氢氧根。相较PEM电解槽，AEM膜电极式对零部件材料选择更广、要求更为宽松。隔膜及隔膜材料方面，AEM膜选用带有固定正电基团的、碳氢氮元素为主的高分子材料。而PEM膜材料选用带固定负电基团的、全氟化高分子材料。从材料元素上看，AEM膜相较PEM膜或更具降本潜力，但具体比较时还要看AEM膜所采用的技术路线、高分子原料种类及供应链、考虑实际寿命时的全生命周期成本。催化剂方面，AEM膜电极式有贵金属、非贵金属两大类选择。AEM膜电极式阴极可以采用铂、镍等析氢性能较高的材料，阳极可以采用钌、铱等贵金属材料，也可以采用镍等非贵金属材料。而且由于不像镍丝网电极一样需要喷镀或电镀，可以采用一些不易喷镀或电镀的纳米非贵金属材料。相比之下，AEM催化剂的选择比PEM电解槽更多。扩散层及极板方面，AEM膜电极式对材料防氧化、防腐蚀的要求降低。在阴极侧，可以选择碳毡、金属网或金属泡沫等，与PEM电解槽相似。在阳极侧，可以使用镍基等扩散层，不再局限于钛金属，同时也可以使用镍镀层等代替PEM电解槽中的铂涂层。AEM膜电极式结构是现阶段AEM电解槽的主流结构路线，如德国Enapter的EL4.0电解槽、国内亿纬氢能3月份发布的100kW AEM制氢电解槽、文景能源FCVC展示的10标方级AEM制氢电解槽等都是采用此类结构路线。AEM电解槽也可以采取类似于ALK电解槽（编织膜）的非膜电极式结构路线，下文以类似ALK电解槽（编织膜）的结构为例展开说明（简称AEM独立电极式、ALK电解槽）。AEM独立电极式结构与ALK电解槽类似，区别在于，AEM独立电极式将编织膜替换为AEM膜，在支撑结构、流程等方面的设计与ALK电解槽存在一定差异。其他部分仍主要包括电极、极板、密封垫片等，或亦采用支撑网。AEM独立电极式的工作原理与ALK电解槽相似。AEM独立电极式工作时，水分子在阴极电极被电还原成氢气，产生氢氧根，之后氢氧根通过电解液、AEM膜传输到阳极电极，在阳极电极氧化为氧气。AEM独立电极式需要使用碱性电解液，浓度可以较低，但采用纯水则在原理上并不可行。AEM独立电极式与ALK电解槽的区别主要在膜的导电机理与气密性上，以及对零部件的要求有细微差别。隔膜及隔膜材料方面，AEM膜选用阴离子导电型致密高分子材料，理论上不依靠孔隙来提升导电性。而ALK电解槽的编织膜由几乎不带导电基团的高分子纤维编织而成，通过磺化工艺提升亲水性，依靠细微空隙提供离子传输通道，在气密性与导电性之间存在一定的矛盾性。理论上，AEM膜的气密性相较编织膜更高。电极方面，AEM独立电极式倾向于选用高电流密度电极材料。其制氢催化剂主要负载在电极丝网上，与ALK电解槽的电极基本互通，也有镍基、多元合金、贵金属型等多种路线。极板、支撑网等方面，由于工作环境相似，AEM独立电极式可以选用镀镍极板等，与ALK电解槽类似。但实际设计时需要考虑AEM膜的厚度等来设计密封、流场、支撑等结构。现阶段，AEM制氢技术距离大规模商业化还有很大提升空间，阴离子交换膜、催化剂等核心部件的开发与应用尚未成熟，但整个产业对这一制氢技术的发展前景持乐观态度。各玩家已纷纷入场展开布局，其中包括了清能股份、亿纬氢能、卧龙英耐德、稳石氢能、奥扬科技、亿孚科技、北京未来氢能、东岳集团、莒纳科技、汉丞科技、NovaMea、德林海、Ionomr Innovations 、赢创、中电绿波、泰极动力、水沐氢华、文景能源、易普斯等企业(排序不分先后，如有遗漏欢迎添加文末企微补充修正)。
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