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合物薄膜电解槽制氢（PEM），一些地方也称之为固体聚合物电解质（SPE）水电解制氢。该种原理不需电解液，只需纯水，比碱性电解槽安全，电解槽的效率可以达到85％或以上，但由于在电极处使用铂等贵重金属，薄膜材料也是昂贵的材料，故PEM电解槽目前还难以投人大规模的使用。
其工作的主要原理是：去离子水被供到膜一电极组件上，在阳极侧反应析出氧气、氢离子和电子；电子通过电路传递到阴极，氢离子以水合的形式(H+XH20)通过离子交换膜到阴极；在阴极，氢离子和电子重新结合形成氢气，同时，部分水也带到了阴极。