PEM電解槽的陽極處于強酸性環境（pH≈2）、電解電壓為1.4~2.0 V，多數非貴金屬會腐蝕并可能與PEM中的磺酸根離子結合，進而降低PEM傳導質子的能力。

催化劑
PEM 電解槽的電催化劑研究主要是Ir、Ru等貴金屬/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以鈦材料為載體的負載型催化劑。當前的陽極銥催化劑載量在1 mg/cm2量級，陰極Pt/C催化劑的Pt 載量約為0.4~0.6 mg/cm2 。意大利研究團隊制備的 Ir0.7Ru0.3Ox 催化劑在陽極催化劑總載量為1.5 mg/cm2時，電解池性能可達3.2 A·cm–2@1.85 V。Giner公司研究團隊制備出的 Ir0.38/WxTi1-xO2 催化劑在Ir載量為0.4 mg/cm2時的全電池性能達到2 A·cm–2@1.75V，Ir用量僅為傳統電極的1/5。膜電極上的鉑族催化劑總負載量應降低到0.125 mg/cm2。
Ru 的電催化析氧活性高于 Ir，但穩定性差；通過與 Ir 形成穩定合金可提高催化劑的活性與穩定性。中國科學院大連化學物理研究所制備的 Ir0.6Sn0.4 催化劑，在全電解池測試中的性能為 2 A·cm–2@1.82 V；IrSn 可形成穩定的固溶體結構，與 Sn 形成合金的過程提高了 Ir 的分散性，有助于降低 Ir 載量。
美國可再生能源國家實驗室、Giner 公司合作研發了多種金屬有機框架（MOF）材料催化劑，價格僅為傳統催化劑的 1/20，其中 Co-MOFG-O 催化劑在 0.01 A/cm2 下的過電位為 1.644 V(vs. RHE)，在半電池衰減實驗中的性能優于傳統 Ir 催化劑，但尚未開展全電池測試。