近年来，对清洁氢(又称绿氢)的关注迅速升温。清洁氢气在减少交通运输行业排放方面具有显著潜力，适用于从乘用车到重型卡车等多个领域。此外，氢气目前已在工业领域作为化学原料广泛应用，未来还有望在某些应用中替代甲烷，作为还原剂使用。

随着太阳能、风能及其他可再生能源发电量的增加，能源存储和运输在维持能源供需平衡中变得越来越重要。氢气可以在电网与其他基础设施之间发挥桥梁作用，吸收间歇性可再生能源的过剩能量，并将其储存用于燃料或工艺气体，当能源无法立即使用时，氢气提供了灵活的解决方案，如图1所示。

目前市场上，大多数氢气通过天然气的蒸汽甲烷重整生产，成本不到1.50美元/千克(该过程中每生产一吨氢气约排放10吨二氧化碳)。要实现市场采纳和商业化启动，替代的清洁氢气生产途径必须达到与这一传统方法的成本平价。在短期内，最有可能满足这一需求的技术是水电解技术，其优势在于其规模化潜力和技术成熟度。

电解槽通过图2所示的基本电化学过程，利用电能将水分解为氢气。导电的阴极和阳极由导离子电解质隔开，施加的电流驱动氢气和氧气的生成半反应，分别在阴极和阳极发生，两者通过电解质中的离子传导相互联系。最终，系统中的水分子被成功分解为氢气和氧气。

如图3所示，电解槽系统由电堆(由多个单电池组成的组)以及管理输入(电力和水)和输出(氢气和氧气)的辅助设备(BOP)组成。

目前，正在开发的多种电解槽技术使用了不同类型的导离子电解质材料，如液体、固体聚合物膜或固体陶瓷。不同类型的电解槽在不同的温度范围内运行，并需要使用不同的催化剂来促进阳极和阴极的反应。电极的配置通常取决于电解质材料的限制和特性。根据工作温度的不同，这些技术通常分为两类，如表1所示。

低温电解系统已在商业上投入使用，但目前其制造规模较小，且在成本、耐久性和效率方面仍未达到理想水平。相比之下，高温电解系统的成熟度不及低温电解系统，但其潜在优势显著，例如更高的效率以及与核能、太阳能等热源的耦合能力。产业链上下游企业仍需持续进行投入、研究与应用。通过建立高水平的实验、分析和建模工具，可以为低温和高温电解槽的性能、成本和耐久性提供科学依据。我们的目标是，利用电解法生产经济实惠的氢气，但不能以牺牲电解槽的耐久性或效率为代价。