當向 PEM 電解槽模塊通入直流電時，在陽極側會發生氧化反應。水（H₂O）在陽極催化劑的作用下失去電子，分解產生氧氣（O₂）和氫離子（H⁺）。反應過程可以表示為：2H₂O - 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺。陽極處于強酸性環境，這對陽極的材料有很高的耐酸性要求，通常會使用一些耐酸的貴金屬或其氧化物作為催化劑，以保證反應的高效進行。
純水 PEM 電解槽模塊具有以下優點：
氫氣純度高：
原理方面：質子交換膜只允許氫離子通過，能夠有效地隔絕陽極產生的氧氣和陰極產生的氫氣，防止氣體交叉滲透。這使得在陰極側生成的氫氣幾乎不含其他雜質氣體，純度非常高，一般可達到 99.99% 以上，僅需簡單脫除水蒸氣即可滿足后續使用要求，無需復雜的氣體凈化裝置。
應用方面：高純度的氫氣在對氫氣純度要求極高的領域，如電子工業（半導體制造、液晶面板制造等）、燃料電池汽車等，具有重要的應用價值，能夠確保相關設備的正常運行和性能發揮。
效率高：
低電阻特性：質子交換膜具有良好的質子傳導性，膜的厚度可小于 200μm，能有效降低電解過程中的歐姆電阻，減少能量損耗2。同時，PEM 電解槽采用零間距結構，電極與膜之間的接觸緊密，進一步降低了電阻，提高了電流傳輸效率，從而使電解反應能夠更高效地進行。
快速反應動力學：電極上的催化劑能夠促進水的分解反應，加快氫離子和電子的轉移速度，使電解反應在較低的電壓下就能以較高的速率進行，提高了能量轉換效率。與其他電解水技術相比，PEM 電解水技術在相同的輸入能量下，能夠產生更多的氫氣。
響應速度快：
啟動迅速：PEM 電解槽在啟動時，由于其結構緊湊、質子傳導速度快以及電極反應活性高，能夠在短時間內達到穩定的工作狀態，啟動時間相較于堿性電解水制氫技術快 2 倍以上。這對于需要頻繁啟停的應用場景，如與可再生能源發電系統配合使用時，具有很大的優勢，能夠快速響應電力的變化，及時進行氫氣的生產。
動態響應好：當輸入的電流或電壓發生變化時，PEM 電解槽能夠迅速調整反應速率，保持較高的效率和穩定性。在可再生能源發電中，由于風能、太陽能等能源的輸出功率具有不穩定性和間歇性，PEM 電解槽的快速響應能力可以更好地適應這種變化，實現高效的氫氣生產。
安全性高：
氣體隔離性好：質子交換膜的良好隔離性能不僅可以保證氫氣的純度，還能防止氫氣和氧氣在電解槽內混合。如果氫氣和氧氣混合，在一定條件下可能會引發爆炸等安全事故，而 PEM 電解槽的結構設計有效地避免了這種風險，提高了系統的安全性。
操作壓力范圍廣：PEM 電解槽可以在較高的壓力下運行，能夠適應不同的工作壓力要求。在高壓環境下運行，一方面可以提高氫氣的儲存和輸送效率，減少氣體壓縮的能耗；另一方面，高壓環境也有助于提高系統的安全性，降低氫氣泄漏的風險1。
結構緊湊：
設計簡潔：PEM 電解槽的結構相對簡單，主要由膜電極、極板、端板等部件組成，沒有復雜的電解液循環系統和氣體分離裝置，使得整個電解槽的體積較小。這對于空間有限的應用場景，如分布式能源系統、小型加氫站等，具有很大的優勢，可以節省安裝空間。
易于集成：由于結構緊湊，PEM 電解槽易于與其他設備進行集成，形成一體化的氫氣生產系統。例如，可以將 PEM 電解槽與可再生能源發電設備、儲氫設備等集成在一起，實現氫氣的高效生產、儲存和利用，提高系統的整體性能和可靠性。
環境友好：
純水為原料：使用純水作為電解液，不涉及到強堿性或強酸性物質的使用，避免了電解液泄漏對環境造成的污染。同時，純水的獲取相對容易，且可以通過簡單的處理方法進行回收和循環利用，降低了對水資源的消耗2。
綠色制氫：PEM 電解水制氫過程中，只消耗水和電能，不產生任何有害的廢棄物或污染物。如果使用可再生能源（如太陽能、風能等）產生的電能作為輸入，那么整個制氫過程就是完全綠色、環保的，可以實現零碳排放，符合可持續發展的要求。
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