journal article·2026-05-08

Proton Exchange Membrane Water Electrolysis: Bridging the Gap Between Laboratory Research and Industrial Applications

Xubin Cen, Hongwu Chen, Yang Song, Kang Zou, Haonan Yang, Tianhao Wu, Zirui Wei, Zhihua Wang, Xue Yang

ACS Energy Letters· Volume 11· Issue 5
Publisher page

Abstract

Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) is considered a promising technology for green hydrogen production due to its compatibility with intermittent renewable energy sources. While many studies focus on the improvement of components, comprehensive analysis and evaluations of electrolyzer performance, which help in understanding and controlling electrolyzer operations, are still immature. In this Review, we first categorize the operating conditions and key component properties and then summarize how these factors relate to cell performance based on recent research. Particular emphasis is placed on standardized methods for performance evaluation, including improving the accuracy of parameter measurements and identifying critical influential factors. Additionally, based on the operational conditions of existing large-scale industrial electrolyzers, this Review highlights the methods to simulate large-scale electrolyzers in the laboratory and revisits the conclusions drawn from previous studies. This Review provides standardized approaches for reporting and an in-depth understanding of cell performance, which may help bridge the gap between laboratory testing and industrial deployment.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Hybrid Renewable Energy Systems · Fuel Cells and Related Materials · Membrane-based Ion Separation Techniques

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Research Center of Renewable Energy

SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing

State Key Laboratory of Clean Energy Utilization

Zhejiang University

State Key Laboratory of Petroleum Molecular and Process Engineering

Funding

Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China · China Petrochemical Corporation

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.ijhydene.2013.01.15110.1016/j.ijhydene.2013.01.151 ↗
2. 10.1039/D4EE03541K10.1039/D4EE03541K ↗
3. 10.1016/j.apenergy.2023.12195910.1016/j.apenergy.2023.121959 ↗
4. 10.1016/j.egyr.2022.11.09910.1016/j.egyr.2022.11.099 ↗
5. 10.1016/j.jclepro.2024.14331310.1016/j.jclepro.2024.143313 ↗
6. 10.1016/j.jenvman.2023.11877510.1016/j.jenvman.2023.118775 ↗
7. 10.1016/j.nxener.2023.10003410.1016/j.nxener.2023.100034 ↗
8. 10.1149/2.1441704jes10.1149/2.1441704jes ↗
9. 10.1016/j.ijhydene.2020.03.10910.1016/j.ijhydene.2020.03.109 ↗
10. 10.1016/j.egyr.2022.10.12710.1016/j.egyr.2022.10.127 ↗
11. 10.1016/j.rser.2022.11291610.1016/j.rser.2022.112916 ↗
12. 10.1016/j.ijhydene.2025.01.16010.1016/j.ijhydene.2025.01.160 ↗
13. 10.1039/D2CS00681B10.1039/D2CS00681B ↗
14. 10.26599/NRE.2022.912003210.26599/NRE.2022.9120032 ↗
15. 10.1016/j.renene.2015.07.06610.1016/j.renene.2015.07.066 ↗
16. 10.1039/D0CS01079K10.1039/D0CS01079K ↗
17. 10.1016/j.ijhydene.2025.03.18710.1016/j.ijhydene.2025.03.187 ↗
18. 10.1039/D3SE00336A10.1039/D3SE00336A ↗
19. 10.1016/j.matt.2023.11.00710.1016/j.matt.2023.11.007 ↗
20. 10.1016/j.ijhydene.2023.01.04810.1016/j.ijhydene.2023.01.048 ↗
21. 10.1002/aenm.20210199810.1002/aenm.202101998 ↗
22. 10.1149/1945-7111/abaa6810.1149/1945-7111/abaa68 ↗
23. 10.1016/j.rser.2025.11601510.1016/j.rser.2025.116015 ↗
24. Linde to Build, Own and operate world’s largest PEM electrolyzer for green hydrogen. www.linde.com. https://www.linde.com/news-media/press-releases/2021/linde-tobuildown-and-operate-world-s-largest-pem-electrolyzerforgreen-hydrogen (accessed 21 November 2022).
25. Benoìt Potier, A. R. New industrial-sized electrolyzer in Germany, November 2021. Inter Actions, 2021. https://airliquide.publispeak.com/interactions-november-2021 (accessed 2026–02–13).
26. Bockris J. Ò. M. · 1981 · 2
27. 10.1002/adma.20200632810.1002/adma.202006328 ↗
28. 10.1016/S0013-4686(02)00329-810.1016/S0013-4686(02)00329-8 ↗
29. 10.1039/C3CS60468C10.1039/C3CS60468C ↗
30. 10.1016/j.ijhydene.2019.05.18310.1016/j.ijhydene.2019.05.183 ↗
31. 10.1016/j.ijhydene.2022.07.21010.1016/j.ijhydene.2022.07.210 ↗
32. 10.1016/j.ijhydene.2023.09.02310.1016/j.ijhydene.2023.09.023 ↗
33. 10.1021/acsenergylett.9b0175810.1021/acsenergylett.9b01758 ↗
34. 10.1002/sstr.20220013010.1002/sstr.202200130 ↗
35. 10.1016/j.fuel.2024.13202710.1016/j.fuel.2024.132027 ↗
36. 10.1016/j.ijhydene.2024.11.18810.1016/j.ijhydene.2024.11.188 ↗
37. 10.1016/j.enconman.2024.11920310.1016/j.enconman.2024.119203 ↗
38. 10.1016/j.electacta.2016.06.12010.1016/j.electacta.2016.06.120 ↗
39. 10.1149/2.0231611jes10.1149/2.0231611jes ↗
40. 10.1149/06917.1141ecst10.1149/06917.1141ecst ↗
41. 10.1016/j.jpowsour.2023.23387210.1016/j.jpowsour.2023.233872 ↗
42. 10.1021/acsmaterialslett.4c0069910.1021/acsmaterialslett.4c00699 ↗
43. 10.1016/j.jcat.2019.01.01810.1016/j.jcat.2019.01.018 ↗
44. 10.1016/j.ijhydene.2019.02.13910.1016/j.ijhydene.2019.02.139 ↗
45. 10.1149/2.0641805jes10.1149/2.0641805jes ↗
46. 10.1149/1945-7111/abc74610.1149/1945-7111/abc746 ↗
47. 10.1149/1945-7111/ab8c8910.1149/1945-7111/ab8c89 ↗
48. 10.1039/D1TA03379D10.1039/D1TA03379D ↗
49. 10.1016/j.isci.2020.10178310.1016/j.isci.2020.101783 ↗
50. 10.1016/j.pecs.2023.10107510.1016/j.pecs.2023.101075 ↗
51. 10.1016/j.ijhydene.2016.09.11410.1016/j.ijhydene.2016.09.114 ↗
52. 10.1021/acsami.3c0689910.1021/acsami.3c06899 ↗
53. 10.1039/C9SE00364A10.1039/C9SE00364A ↗
54. 10.1016/j.renene.2024.12170710.1016/j.renene.2024.121707 ↗
55. 10.1149/2.1241908jes10.1149/2.1241908jes ↗
56. 10.1016/j.ijhydene.2024.01.13410.1016/j.ijhydene.2024.01.134 ↗
57. 10.1016/j.ijhydene.2022.04.11410.1016/j.ijhydene.2022.04.114 ↗
58. 10.1126/sciadv.160069010.1126/sciadv.1600690 ↗
59. 10.1002/smll.20210774510.1002/smll.202107745 ↗
60. Kulkarni D. · 2022
61. 10.1016/j.apcatb.2022.12121310.1016/j.apcatb.2022.121213 ↗
62. 10.1039/D2SE00260D10.1039/D2SE00260D ↗
63. 10.1021/acs.chemrev.3c0090410.1021/acs.chemrev.3c00904 ↗
64. 10.1016/j.jpowsour.2023.23291310.1016/j.jpowsour.2023.232913 ↗
65. 10.1007/s10800-024-02187-910.1007/s10800-024-02187-9 ↗
66. 10.1016/j.electacta.2018.02.07810.1016/j.electacta.2018.02.078 ↗
67. 10.1016/j.jpowsour.2022.23174910.1016/j.jpowsour.2022.231749 ↗
68. 10.1149/05802.0099ecst10.1149/05802.0099ecst ↗
69. 10.1016/j.ijhydene.2015.09.14010.1016/j.ijhydene.2015.09.140 ↗
70. 10.1016/j.ijhydene.2018.07.00310.1016/j.ijhydene.2018.07.003 ↗
71. 10.1016/j.ijhydene.2010.06.10310.1016/j.ijhydene.2010.06.103 ↗
72. 10.1016/j.ijhydene.2012.04.12510.1016/j.ijhydene.2012.04.125 ↗
73. 10.1016/j.ijhydene.2010.01.05010.1016/j.ijhydene.2010.01.050 ↗
74. 10.1002/er.294210.1002/er.2942 ↗
75. 10.1016/j.jpowsour.2019.22731210.1016/j.jpowsour.2019.227312 ↗
76. 10.1002/admt.20230028110.1002/admt.202300281 ↗
77. 10.1002/anie.20221664510.1002/anie.202216645 ↗
78. 10.1149/1945-7111/abf4ae10.1149/1945-7111/abf4ae ↗
79. 10.1016/j.ijhydene.2014.11.11110.1016/j.ijhydene.2014.11.111 ↗
80. 10.1080/15435075.2025.246005610.1080/15435075.2025.2460056 ↗
81. 10.1149/2.0221611jes10.1149/2.0221611jes ↗
82. 10.1016/j.ijhydene.2017.03.23110.1016/j.ijhydene.2017.03.231 ↗
83. 10.1016/j.xcrp.2020.10014710.1016/j.xcrp.2020.100147 ↗
84. 10.1016/j.ijhydene.2024.06.04510.1016/j.ijhydene.2024.06.045 ↗
85. 10.1038/s41467-025-61971-z10.1038/s41467-025-61971-z ↗
86. 10.1038/s41467-024-54008-410.1038/s41467-024-54008-4 ↗
87. 10.1039/D4EY00281D10.1039/D4EY00281D ↗
88. 10.1149/2.0541807jes10.1149/2.0541807jes ↗
89. 10.1016/j.apsusc.2024.16155310.1016/j.apsusc.2024.161553 ↗
90. 10.1039/D2SE01517J10.1039/D2SE01517J ↗
91. 10.1021/acscentsci.4c0136310.1021/acscentsci.4c01363 ↗
92. 10.1016/j.jechem.2022.08.02010.1016/j.jechem.2022.08.020 ↗
93. 10.1016/j.cis.2021.10243910.1016/j.cis.2021.102439 ↗
94. 10.1016/j.electacta.2018.04.14410.1016/j.electacta.2018.04.144 ↗
95. 10.1016/j.nanoen.2019.01.01710.1016/j.nanoen.2019.01.017 ↗
96. 10.1016/j.ijhydene.2023.03.21610.1016/j.ijhydene.2023.03.216 ↗
97. 10.1002/celc.20200051510.1002/celc.202000515 ↗
98. 10.1021/acsmeasuresciau.2c0007010.1021/acsmeasuresciau.2c00070 ↗
99. 10.1016/j.enconman.2024.11925810.1016/j.enconman.2024.119258 ↗
100. 10.1016/j.jpowsour.2017.09.00610.1016/j.jpowsour.2017.09.006 ↗