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它的主要工作原理是：在阴极，水分子被分解成氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）。氢离子得到电子产生氢原子，进而产生氢分子（H2）；离子（OH-）在阳极和阳极之间电场力的作用下穿过多孔隔膜，到达阳极，在那里失去电子生成水分子和氧分子。
电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液，两极室的隔板为航天电解设备的优质隔膜，与端板一体的耐腐蚀、传质良好的栅电极形成电解槽。对两极施加直流电后，水分子立即在电解槽的两极发生电化学反应，在阳极产生氧气，在阴极产生氢气。反应式如下： 阳极：2OH--2e → H2O+1/2O2↑ 阴极：2H2O +2e →2OH- +H2↑ 总反应式：2H2O → 2 H2↑ +O2↑
2. 高分子薄膜电解槽制氢
聚合物膜电解槽（PEM）制氢，有些地方也称为固体聚合物电解质（SPE），用于水电解制氢。这个原理不需要电解液，只需要纯水，比碱性电解槽更安全。电解槽效率可达85%以上。然而，由于在电极处使用铂和其他贵金属，因此薄膜材料也是昂贵的材料。 PEM电解槽目前难以大规模投入使用。