พีอีเอ็มอิเล็กโทรไลเซอร์ใช้ความบางเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน(0.2 มม.) และอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างขั้นสูง ซึ่งช่วยให้ความต้านทานลดลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนกรดเพอร์ฟลูออโรซัลโฟนิก (พีเอฟเอสเอ) มีเสถียรภาพทางเคมีและความแข็งแรงเชิงกล สามารถทนต่อความแตกต่างของแรงดันสูงได้ถึง 70 ปา อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด แรงดันไฟฟ้าสูง และการเกิดออกซิเจนที่ขั้วบวกสร้างสภาพแวดล้อมออกซิเดชันที่รุนแรง ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้โลหะมีค่า เช่น อิริเดียมหรือแพลตตินัมเป็นวัสดุอิเล็กโทรด ซึ่งไม่เพียงแต่ให้ความเสถียรในระยะยาวแก่ส่วนประกอบของเซลล์เท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยา ต้นทุนที่สูงของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าส่งผลให้สแต็ก พีอีเอ็ม มีราคาแพงกว่าอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์
การออกแบบของพีอีเอ็มระบบอิเล็กโทรไลเซอร์มีขนาดกะทัดรัดและใช้งานง่าย แต่ไวต่อสิ่งเจือปนในน้ำ เช่น เหล็ก ทองแดง โครเมียม และโซเดียม และเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ ปัจจุบัน พื้นที่อิเล็กโทรดของอิเล็กโทรไลเซอร์ พีอีเอ็ม อยู่ที่ประมาณ 2,000 ตารางเซนติเมตร แต่ยังคงมีช่องว่างที่สำคัญในการบรรลุเป้าหมายระดับ เอ็มดับบลิว ด้วยสแต็กเดี่ยว นอกจากนี้ ความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของอิเล็กโทรไลเซอร์ พีอีเอ็ม ระดับ เอ็มดับบลิว ขนาดใหญ่ยังคงต้องได้รับการตรวจสอบ
ส่วนประกอบของระบบ พีอีเอ็ม ง่ายกว่าระบบอัลคาไลน์มาก โดยทั่วไปต้องใช้เพียงปั๊มหมุนเวียน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การควบคุมความดัน และอุปกรณ์ตรวจสอบที่ด้านขั้วบวก (ออกซิเจน) ในส่วนของขั้วลบ มักต้องใช้ส่วนประกอบ เช่น เครื่องแยกก๊าซ อุปกรณ์ขจัดออกซิเจนสำหรับกำจัดออกซิเจนที่เหลือ เครื่องทำแห้งก๊าซ และคอมเพรสเซอร์ ระบบ พีอีเอ็ม สามารถทำงานภายใต้สภาวะความดันบรรยากาศ ความดันต่างกัน และความดันสมดุล ซึ่งช่วยลดต้นทุน ความซับซ้อนของระบบ และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา
สภาวะความดันสมดุล:ทั้งสองด้านของอิเล็กโทรไลเซอร์ทำงานที่ความดันเดียวกัน โดยควบคุมด้วยวาล์วควบคุมความดันของออกซิเจนและไฮโดรเจน
สภาวะความดันบรรยากาศ (<1 atm):เมื่อมีน้ำอยู่บนขั้วบวกและแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เกินแรงดันไฟฟ้าเซลล์ที่เป็นกลางทางความร้อนที่อุณหภูมิแวดล้อม จะเกิดไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อิเล็กโทรด
สภาวะความดันต่างกัน:อิเล็กโทรไลต์เมมเบรน พีอีเอ็ม สามารถทำงานภายใต้แรงดันที่แตกต่างกัน 3-7 เมกะปาสคาล แต่ต้องใช้เมมเบรนที่หนากว่าเพื่อเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและลดการซึมผ่านของก๊าซเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพ นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้ว ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มเติมเพื่อแปลงไฮโดรเจนที่ซึมผ่านเนื่องจากแรงดันสูงกลับเป็นน้ำ
