电解水制氢是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分别在阴极和阳极分解成氢气和气的制氢方法。按照工作原理和电解质的不同，主要分为碱性(ALK)、质子交换膜(PEM)、固体氧化物(SOEC)和阴离子交换膜(AEM)四种电解水技术其中ALK和PEM电解水制方法相对成熟并已有商业化实例，SOEC外在实验室开发阶段，AEM处于研发初期。
质子交换膜(PEM)电解槽PEM电解水制氢与质子交换膜燃料电池工作流程互为逆过程。典型的PEM电解槽主要部件包括膜电极(质子交换膜、催化层、扩散层)、双极板、环氧树脂板和端板。其中，端板起固定电解池组件，引导电的传递与水、气分配等作用;扩散层起集流，促进气液的传递等作用，催化层的核心是由催化剂、电子传导介质、质子传导介质构成的三相界面，是电化学反应发生的核心场所，质子交换膜作为固体电解质，一般使用全氟磺酸膜，起到隔绝阴阳极生成气、阻止电子的传递以及传递质子的作用。
聚焦ALK/AWE制氢技术规模化和PEM制氢技术产业化，重点绕“电解效率”、“耐久性”和“设备成本”三个关键降本性能指标推进整体技术研发。我国目前呈现出以ALK/AWE制氢为主、PEM制氢技术为辅的工业应用状态，采取两种技术路线并举的研发策略。
电解水制氢成本主要包括: 设备成本，能源成本(电力) 其他运营费用: 原料费用(水)。根据可再生能源署(IRENA)的测算，电力成本对制氢影响最大，可达 60%-80%，其次影响因素是电解槽设备成本;使用更加便宜的可再生能源成本尤其重要，在一些合适的场景下电费约为 20 美元/MWh 时,可再生氢已经与传统制氢具有同等的价格竞争力。同时，随着电解槽的装机容量上升带来的规模效应，电解槽设备成本逐渐下降，可再生氢有望在 2030 年左右在比较广泛的多个国家形成价格竞争力，与化石能源相当。
根据国家发改委《关于 2021 年新能源上网电价政策有关事项的通知》(发改价[20211833号)，通知中附表所列我国蒙西、蒙东、新疆、宁夏等地区的风电光伏发电指导价已低于0.3 元/kWh; 同时各区域保障性消纳之外的电量若较为集中进入市场化交易，也很有可能低于 0.3 元/kWh。经调研，我国碱式电解槽设备制造较为成熟，国内企业业绩较为丰富，相对国外制造商具有显著的成本优势，单堆最大制氢量可达 1300-1500Nm3h: 而我国大型质子交换膜电解槽设备制造还不成熟，国内企业还没有大规模商业应用的成熟业绩，且核心部件质子交换膜、催化剂等一般采用进口产品，单堆最大制氢为 220-275Nm3/h.根据国际可再生能源机构(IRENA)的测算，质子交换膜电解槽单位功率成本要比碱式水溶液电解槽高 50-60%，结合彭博新能源财经(BNEF)的调研分析，中国生产制造的碱式水溶液电解槽单位功率成本仅为国外的 25-50%。
根据国际可再生能源机构对电解槽设备成本的分析，可以发现两种电解槽设备的降本驱动有所不同。对于碱性水溶液电解槽，设备成本主要由电极组件、膜片等核心部件的成本驱动，在电堆的成本组成中，超过 50%的成本与电极和膜片有关，相比之下，质子交换膜电解槽电堆中膜电极成本占比为 24%。在碱性水溶液电解槽中双极板只占电堆成本的一小部分，而在质子交换膜电解槽电堆中的成本占比则超过 50%，这是由于碱性水溶液电解槽的双极板设计更简单，制造更简单。对于质子交换膜电解槽，电堆成本主要由双极板等核心部件的成本驱动，双极板成本占比约 53%，主要因为其通常需要使用贵重稀有金属涂层。技术创新在双极板的性能和耐久性增强以及成本降低方面发挥重要作用。目前正在研究价格更低廉的替代材料，如使用 Ti 涂层来保持其功能特性不受影响，同时降低成本。稀有金属是膜电极材料的重要组成部分，在实际应用中，虽然I在整个电解系统中成本占比不到 10%，但由于供应严重不足，可能成为后期规模生产的瓶颈。
虽然质子交换膜电解槽拥有冷启动迅速，电源波动适应性强、结构紧凑占地少等技术优势，具有长远的发展前景，但其目前成本过高;我们认为在其核心部件国产化大幅提升和技术降本卓有成效之前，碱式水溶液电解槽仍将是市场主导。碱式水溶液电解精系统可以通过控制优化和系统配置的方式满足风光可再生能源负荷波动性需求。
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