質子交換膜為電解水制氫、燃料電池動力系統中關鍵材料當前較為成熟的制氫路徑可大體分為化石能源制氫、工業副產氫、電解水制氫等，電解水制氫作為可再生能源制氫的主導技術，雖然當前在我國整體制氫占比中較低，但卻是未來主導的發展方向。電解水制氫可再分為堿性水電解制氫與質子交換膜制氫等。我國堿性水電解制氫技術較為成熟，但存在單體制氫能力較小、電流密度小、占地面積大等問題。質子交換膜電解制氫技術國內外均處于小量應用階段，我國質子交換膜制氫技術在設備成本、催化劑技術、質子交換膜等方面與國際先進水平差距較大。在堿式電解槽制氫中，水分子在直流電作用下在兩極發生氧化、還原反應：水分子在陰極倍還原生成氫氣和氫氧根離子，氫氧根離子通過物理隔膜到達陽極，在陽極析出氧氣。在質子交換膜電解制氫技術中，水分子通過進水管道進入催化層，在直流電源和催化劑的作用下在陽極生成氧氣和氫離子，氫離子通過質子交換膜在陰極被還原生成氫氣。質子交換膜僅允許質子通過，隔離氫氣和氧氣，同時還為催化劑提供支撐，其性能好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命，目前多為全氟磺酸膜材料。