隨著全球工業化進程的推進和化學工業的不斷發展，20世紀的20&30 年代對氫氣的需求也隨之增加。根據哈伯-博施工藝，需要氫氣來生產氨來作為化肥（硝酸鹽）和炸藥（硝酸銨）的前驅體。因此，20 世紀初，人們開始努力改進電解水的技術和經濟性。科學技術工作的重點是降低電解池電壓和電極過電壓，因此對鉑、鎳、硫鎳、鐵或鋼等電極材料的極化行為進行了系統研究。和以前一樣，通過電解池的直流電歐姆電壓更多地被考慮在內。此外，對氣泡的處理和電解液體積的自我調節補償也成為更深入的研究課題。20 世紀 30 年代，出現了大量不同的電解系統和相應的電解槽，且大多在常壓下工作。單極和雙極電極排列的槽式和壓濾機式結構都有被用于不同的應用場景。典型的單極槽電池是由國際電解液廠有限公司制造的諾爾斯電解槽，見下圖1和 De Nordiske Fabriker De No Fa AS. (3000A電流）。

圖1：來自 Knowles 的典型槽式電解槽

另外，瑞士的 Krebs&Co.、意大利的Fauser（Montecatini Soc. Generale per I'Industria, Mineraria et Agricola Milan）、英國的 International-Oxygen Company、加拿大的Stuart International Corporation Limited、意大利的SIRI（Societa Italiana Ricerche Industriali）和美國的 Electrolabs Comp.也推出了其他單極結構。

Siemens & Halske A.G.（槽式電解槽）、多倫多電力公司（所謂的 Ergasco 電解槽）、Oerlikon（Schmidtcell）、BAMAG（Zdansky 系統）、I.G. Farbenindustrie A.G.（帶前電極的電解槽）和 Maschinenfabrik Slirth（Pechkranz 電解槽）生產了雙極電解槽，后四種電解槽均采用壓濾機設計。Pechkranz 電解槽配有特殊的穿孔鎳板，以便在頂部更好地處理泡沫。下圖2顯示了一個Pechkranz電解槽（300~1100A/m2，電耗4.25-6.5kWh/Nm3H2）。挪威Rjukan的 Norsk Hydro Elektrisk Kvaelstof A.S.也采用了這種Pechkranz技術。

圖2：Maschinenfabrik Siirth 公司生產的 Pechkranz 電解槽。

在 20 世紀前30年取得的積極經驗的基礎上，只要有大量低價電力供應，電解制氫就會成為一種最有吸引力的替代方案。20 世紀上半葉末期，水電解槽的工業市場主要由三家公司壟斷：Maschinenfabrik Oerlikon（后來的Brown Bovery & Cie，瑞士）、Norsk Hydro（挪威）和 CM&S Company（后來的 Cominco，加拿大）。下表1對20 世紀用于大型制氫的主要堿性電解槽進行了技術比較。

表1：各技術路線電解槽參數比較

施密特（Schmidt）早在 1899 年就推出了第一臺采用壓濾機配置的雙極技術的電解槽（見下圖3）。

圖3：施密特公司的壓濾式電解槽

該電解槽在 20 世紀初由瑞士歐瑞康機械制造公司（Maschinenfabrik Oerlikon）以歐瑞康-施密特電解槽（Oerlikon-Schmidt Electrolyzer）的品牌實現了商業化。1967 年，Maschienenfabrik Oerlikon 與 Brown Boveri & Cie 合資，保留了 BBC ElectrolyzerSystem Oerlikon 的名稱。該系統的最大亮點項目是為埃及阿斯旺的 KIMA化肥廠安裝了當初世界上最大的電解裝置之一。從 1973 年到1980年底，共建造了144臺歐瑞康 EBK385-70 模塊，其額定制氫能力為 32,400Nm3/h（相當于162MW 電力輸入），分三個擴建階段。它們取代了老式的德馬格系列。

每個電解槽都設計成帶有雙極板（稱為載體電極）的框架結構。電極（穿孔金屬板，安裝在雙極板前方一定距離處）、石棉編織隔膜、框架密封墊圈、電解液分配系統（每個單個框架的單獨外部管道）和氣體出口系統（同樣是單獨管道），通向位于電解槽頂部的氣體分離器。強制電解液循環系統通過集管將堿性溶液注入半電池的每個電池框。陽極由鎳化鋼制成，而陰極則為普通鋼材，可提供活化表面或不提供活化表面（表面可做催化層可不做催化層），上表1列出了這些電解槽典型的性能數據。

BBC公司制造了多種規格的電解槽，最小的電解槽的額定產氫率為 5 Nm3/h。最大的裝置是EBK-385-80型，由 80 個電解池組成，制氫能力為300Nm3/h，工作電流和電壓分別為9000A和164V。整體尺寸為 4.9m（高）x 3.2m（寬）x 7.1 m（長），重量（充滿 25% KOH 時）約為 66 噸。整個系統包括帶控制裝置的變壓器整流器單元、電解模塊本身、氣體處理單元（洗滌、冷卻、干燥）以及氣體壓縮和儲存。

挪威的Norsk Hydro公司（即今天的 NEL Hydrogen 公司）成立于 1905 年左右，旨在利用挪威已經有的水電，通過電解工藝制氫生產硝酸銨，用作化肥。自1928年以來，第一家作為氨生產氫氣來源的大型電解廠在 Rjukan（挪威）投入運營，最終裝機容量約為27,900 Nm3/h，即大約 165MW的氫氣裝機容量，見下表2。

表2：在20世紀的大型堿性制氫項目

除氫氣生產外，重水生產也在 20 世紀 30 年代成為挪威水電公司的重點，在對技術設施進行必要的擴建后，從 1934年起開始生產公斤級氧化氘（D2O）。15 年后的 1949 年，第二個大型裝置開始在格洛姆峽灣（挪威）生產氫氣，見下圖4。

圖4：挪威 Norsk Hydro 公司的135MW堿性電解工廠。

20 世紀 60 年代初，挪威海德魯（ Hydro）公司的電解槽裝機達到了頂峰，H2總生產能力為 100,000Nm3/h。隨后幾年，利用碳氫化合物生產氫氣成為主流，但在 20 世紀 80 年代初，仍生產了約 55,000Nm3/h的氫氣。位于挪威Rjukan的制氫工廠于20世紀70年代退役，位于Glomfiord 的制氫廠于1991年退役。

與大多數其他制造商一樣，Norsk Hydro 的濾池設計也是雙極壓濾機類型，其剖視圖見下圖5。

圖5：Norsk Hydro 電解槽剖視圖

雖然最初的電解槽設計是在20世紀20年代開發的，但現在仍在使用，基本沒有太大變化。雙極板是一塊由低碳鋼制成的普通圓形板材（稱為 "主電極"），上面有電解液和氣體導管孔。雙極板的兩側用鉚釘或螺釘固定有孔板（稱為 "前電極"），用作電極。這些電極經過特殊電鍍處理，并在陽極和陰極兩側活化（催化層），以降低電解池電壓。必要時，所有金屬部件都鍍上一層鎳，以防止腐蝕。隔膜最初由石棉編織布制成，用鎳線加固（定），厚度為2mm 。密封墊片由特殊合成橡膠制成。電極的有效面積約為2.1平方米。在給定的設計電流密度為1700A/m2的情況下，每個電解池的總負載為3600A，額定電池電壓為1.75 V，溫度為 80°C，使用25%的 KOH堿水。電堆中的氫氣和氧氣純度分別為 99.8%~99.9% 和 99.3%~99.7%。電解池的使用壽命主要取決于電極的電化學活性。在使用新涂層電極的初期，電池電壓約為1.65 V。然而，由于活性損失，電池電壓在第一年內會增加到大約1.75 V，大約4年后會逐漸接近1.80 V。因此，定期更新電極活性層（拆除整個電池堆電極重新涂覆改質）以提高能效（降低電耗）在經濟上是非常必要。但據報道，隔膜和其他部件的技術壽命超過20年，在 25%KOH和80°C 的工作條件下，腐蝕問題并不嚴重。

典型的電解槽約有235個單電池，制氫能力為350Nm3/h。裝滿電解液時的電解槽重量約為59噸（包括端架和拉桿），單個電堆長約11m，高約2.5m。在電解槽出口處，上部氣體電解管道的終端是電解槽前部的兩個氣體分離器。對于大規模氫氣生產，電解槽采用串聯/并聯的電氣連接方式，但設備設計的細節在此不做討論。

1906年，加拿大聯合礦業冶煉公司（CM&S）成立，并于 1966 年更名為 Cominco。位于加拿大不列顛哥倫比亞省特雷爾的 CM&S 工廠建于 1939 年，用于生產合成氨所需的氫氣和冶金作業所需的氧氣。電力來自庫特內河上的西庫特內發電廠，電壓為 60KV，經降壓至830V和670V后再整流供給電解槽使用。特雷爾電解廠由3233個單極設計的隔膜式電解池組成，分為9個電池組，每個電池組約有330個單電池。總制氫能力為36噸/天（16,700 Nm3/h），整個工廠的電力輸入為78MW，包括生產重水部分。由 CM&S 開發和建造的單極式電池被稱為Trail Design Tank型電池。每個電池的體積為 4 英尺 x 5 英尺 x 4 英尺（約等于122 x 154 x 122 立方厘米），包含15塊面積約為42平方英寸（約等于271平方厘米）的電解池板，它們浸泡在24%-25%的氫氧化鉀電解液中。電解槽由鋼鐵制成，上蓋為混凝土。每個電解池由一個鐵陽極和一個鍍鎳的鐵陰極組成，中間用石棉隔膜隔開，在2V和70°C 時，電流可10kA，相當于810A/cm2）。電池的運行條件接近大氣條件（7.5 mBar）。

自 1934 年起，CM&S 就參與了重水研究。1940 年初，特雷爾電解制氫廠進行了升級，增加了二級電解槽，將水中的氘濃度提高到 99.8%。這些改造是由美國國防研究委員會出資進行的，目的是為曼哈頓計劃生產重水。重水生產從 1943 年 6 月開始，一直持續到 1956 年。