PEMelektrolisis menggunakan nipismembran pertukaran proton(0.2 mm) dan elektrod berstruktur termaju, yang membolehkan rintangan yang lebih rendah dan kecekapan yang lebih tinggi. Membran pertukaran proton asid perfluorosulfonik (PFSA) mempunyai kestabilan kimia dan keteguhan mekanikal, mampu menahan perbezaan tekanan tinggi sehingga 70 Pa. Walau bagaimanapun, persekitaran berasid, voltan tinggi dan evolusi oksigen di anod mewujudkan persekitaran oksidatif yang keras. Oleh itu, logam mulia seperti iridium atau platinum diperlukan sebagai bahan elektrod, yang bukan sahaja memberikan kestabilan jangka panjang untuk komponen sel tetapi juga kekonduksian elektronik yang sangat baik, dengan itu meningkatkan kecekapan tindak balas. Kos tinggi pemangkin logam mulia menyumbang kepada perbelanjaan tindanan PEM yang lebih tinggi berbanding elektrolisis alkali.
Reka bentuk daripadaPEMsistem elektrolisis adalah padat dan mudah, namun ia sensitif kepada kekotoran air seperti besi, kuprum, kromium, dan natrium, dan terdedah kepada bahaya kebakaran. Pada masa ini, kawasan elektrod elektrolisis PEM menghampiri 2000 cm², tetapi masih terdapat jurang yang ketara untuk mencapai sasaran tahap MW dengan tindanan tunggal. Selain itu, kebolehpercayaan dan jangka hayat elektrolisis PEM peringkat MW yang besar masih memerlukan pengesahan.
Komponen sistem PEM adalah lebih mudah daripada sistem beralkali, biasanya hanya memerlukan pam edaran, penukar haba, kawalan tekanan dan peralatan pemantauan pada bahagian anod (oksigen). Di bahagian katod, komponen seperti pemisah gas, peralatan penyahoksigenan untuk mengeluarkan sisa oksigen, pengering gas, dan pemampat biasanya diperlukan. Sistem PEM boleh beroperasi di bawah keadaan tekanan atmosfera, pembezaan dan seimbang, yang membantu mengurangkan kos, kerumitan sistem dan perbelanjaan penyelenggaraan.
Keadaan Tekanan Seimbang:Kedua-dua belah elektrolisis beroperasi pada tekanan yang sama, dikawal oleh injap yang mengawal tekanan oksigen dan hidrogen.
Keadaan Tekanan Atmosfera (<1 atm):Apabila air hadir pada anod dan voltan sel melebihi voltan sel neutral haba pada suhu ambien, hidrogen dan oksigen dijana pada elektrod.
Keadaan Tekanan Berbeza:Elektrolit membran PEM boleh beroperasi di bawah pembezaan tekanan 3-7 MPa, tetapi membran yang lebih tebal diperlukan untuk meningkatkan keteguhan mekanikal dan mengurangkan resapan gas untuk memastikan kecekapan. Selain itu, pemangkin tambahan biasanya diperlukan untuk menukar hidrogen yang meresap akibat tekanan tinggi kembali ke dalam air.
