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质子交换膜燃料电池的研究与应用质子交换膜燃料电池是一种基于氢能源的新兴技术，广泛应用于能源领域。
本文将分析质子交换膜燃料电池的原理、应用、优缺点及发展前景。
一、质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢气和氧气转化为电能的设备，其基本原理是将氢气和空气（氧气）分别输送至质子交换膜两侧，并在质子交换膜上发生氧化还原反应，电子通过外部电路流动，氢气通过催化剂氧化还原发生水、热、电能转化的同时，当质子交换膜充满水分子时，则亦成为一种直接利用水中质子的电池，因其效率高，无污染，所以广受青睐。
二、质子交换膜燃料电池的应用质子交换膜燃料电池是一种非常高效且环保的能源转换方式，受到了广泛的应用。
它广泛应用于交通、家庭、商业和军事等领域，包括汽车、发电机、无人机、军事设备等。
在交通领域，质子交换膜燃料电池可以用作汽车或公共交通工具的动力源，它的高效性、清洁性、安全性和可靠性，使它成为未来替代石油燃料汽车最有潜力的选择之一。
特别是在开发氢气加氢站方面，各国政府积极推进相关基础设施建设，以加速质子交换膜燃料电池汽车的普及。
在家庭和商业领域，质子交换膜燃料电池可以用于灯具、空调和热水器等的供电，这些设备与传统燃料电池相比，能更好地控制产生的热量和电量，因此更加安全和高效。
在军事领域，质子交换膜燃料电池则广泛应用于军事船只、潜艇、机器人、航空器等方面，而其快速、高效、安全、稳定的特点则让其成为军方的首选动力源。
三、质子交换膜燃料电池的优缺点质子交换膜燃料电池具有以下优点：1、高效节能：质子交换膜燃料电池的效率是燃油发动机的两倍，能够更加高效利用能源。
2、清洁环保：质子交换膜燃料电池不产生污染物和温室气体，完全符合环保准则。
3、高度可靠：质子交换膜燃料电池在运行时基本不需要维护，具备较强的可靠性。
4、模块化、便携：质子交换膜燃料电池的模块化设计，使得它可以轻易地安装在各种设备中，具有良好的可携性。
质子交换膜燃料电池的研究与应用质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁的能源转换装置，近年来备受关注。
它具有能够为电动汽车等新兴行业提供可持续能源的优势，且在工业领域也有广泛的应用潜力。
本文将从质子交换膜燃料电池的原理、研究进展以及应用前景等方面进行探讨。
质子交换膜燃料电池采用质子交换膜作为电解质，能够直接将氢气和氧气转化为电能，产生电子和水。
其基本原理是在正极与负极之间放置一层质子交换膜，氢气在正极电极催化剂的作用下发生氧化反应，产生质子和电子，电子通过外部电路流动产生电能，而质子则通过质子交换膜传输到负极，在负极电极催化剂的作用下与氧气还原生成水。
这个过程中不涉及直接燃烧，因此具有高效率、零排放的特点。
质子交换膜燃料电池的研究一直在不断推进。
研究人员致力于减小电池尺寸、提高能量密度、降低成本等方面的工作。
目前，常见的质子交换膜燃料电池有聚合物质子交换膜燃料电池和磷酸质子交换膜燃料电池。
聚合物质子交换膜燃料电池具有较高的工作温度和较低的接触电阻，但膜的耐久性和稳定性有待提高；磷酸质子交换膜燃料电池具有较好的膜的稳定性和耐久性，但工作温度较高。
此外，也有研究人员尝试使用新型材料，如金属有机骨架材料、过渡金属氧酸盐等，用于制备质子交换膜，以提高电池的性能和稳定性。
质子交换膜燃料电池的应用前景十分广阔。
首先，可以应用于交通运输领域。
随着电动汽车的普及，传统的锂电池面临能量密度不高、充电时间长等问题，而质子交换膜燃料电池具有能量密度高、充电时间短的优势，能够提供更长的续航里程。
其次，质子交换膜燃料电池还可以应用于家庭能源系统。
随着可再生能源的快速发展，人们对于储能技术的需求越来越大，质子交换膜燃料电池可以将太阳能、风能等转化为电能进行储存，满足家庭的能源需求。
此外，由于质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放的特点，还可以应用于工业生产过程中的能源供应，减少对传统燃料的依赖，降低对环境的污染。
然而，质子交换膜燃料电池目前还存在一些挑战和问题。
燃料电池的发展现状及研究进展燃料电池作为一种清洁能源技术，受到了全球范围内的广泛关注。
它能够将化学能转化为电能，并且只产生水和热作为副产物，不会产生有害物质，具有很高的能量转化效率和零排放的特点。
因此，燃料电池被认为是解决能源和环境问题的理想选择。
在过去的几十年里，燃料电池的发展取得了巨大的进展，下面将对其现状和研究进展进行介绍。
首先，燃料电池的发展现状。
目前，燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃料电池。
聚合物电解质燃料电池（PAFC）等几个主要类型。
其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池，主要用于汽车和小型移动设备。
SOFC由于其高温运行特性，被广泛应用于大型电力系统和工业领域。
AFC早在燃料电池研究的早期就被发展出来，目前在一些特殊领域如宇航等得到了应用。
另外，还有其他类型的燃料电池如碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等，不同类型的燃料电池适用于不同的应用场景和需求。
其次，燃料电池的研究进展。
燃料电池的研究主要集中在提高性能和降低成本两个方面。
在性能方面，研究人员致力于提高燃料电池的功率密度和能量效率。
例如，通过优化催化剂的设计和合成，改善了燃料电池的催化剂活性和稳定性。
此外，探索新型电解质材料和电极材料，如合金储氢材料、碳纳米管等，也为提高燃料电池性能提供了新的途径。
在成本方面，研究人员致力于降低燃料电池的原材料成本和制造工艺成本。
例如，开发更便宜的催化剂替代品，改进制造工艺等。
此外，维护和管理燃料电池的寿命也是一个重要的研究方向。
因为燃料电池的寿命直接影响其经济性和可靠性。
此外，燃料电池的应用领域也在不断扩大。
除了传统的汽车和移动设备领域，燃料电池还得到了微型电网、船舶、飞机、无人机等更广泛的领域的关注。
例如，由于其高电能密度和长时间稳定性，燃料电池被广泛应用于微型电网系统中，以实现可靠的电力供应。
此外，由于其轻量化特性和零排放的特点，燃料电池在船舶、飞机和无人机领域也具有巨大的应用潜力。
质子交换膜燃料电池技术的发展与应用近年来，以科技进步为推动力的新能源技术发展势不可挡。
在这些新兴的能源技术中，质子交换膜燃料电池技术日益受到人们的关注。
质子交换膜燃料电池是一种利用氢气经过电化学反应产生电能的装置。
其最大的特点就在于其无污染、高效、节能等优势。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术，是指在一种与有机质子交换膜分隔开来的两个氧化还原反应电极间，通过氢气在阳极上电化学氧化为质子和电子，质子穿过膜，电子从外部电路传到阴极上，与氧气还原生成水以及电力的技术。
其中“质子交换膜”为该技术的“灵魂”，可以将氢气或甲醇直接转化为电能，同时在反应过程中不会产生二氧化碳等有害气体的排放。
PEMFC技术物质环境友好，噪音极低，且具有高效、轻量化、快速启动等优势，因此在多个领域被广泛应用。
尤其在汽车工业、航空航天等领域，都已经开始尝试将其应用。
目前，由于PEMFC技术的高性能和能源高效利用，在电动汽车、电子设备和环保装置等领域都有着广泛的应用前景。
自1970年代，PEMFC技术就已经引起科学家们的兴趣。
经历数十年的磨炼，该技术也逐渐成为新型燃料电池中的重要分支。
目前，PEMFC技术出现了许多创新性进展。
首先，核心部件——质子交换膜的改良是PEMFC技术发展的重要研究方向。
目前，市面上主要应用的质子交换膜是在纳米级别下改性的聚合物材料 PECVD 膜。
但是这种质子交换膜在低湿度、高温度或高电解液和氧化剂的情况下会出现问题，降低了电池的耐久性和效率。
因此，研究人员们推出了分子筛膜等新型质子交换膜，来提高PEMFC的耐久性和成本效益。
其次，新型催化剂的研究也对PEMFC技术的发展有着重要影响。
新型催化剂不仅可以提高催化剂利用率，还可以有效地降低制造成本，提高电池经济效益。
因此，研究人员们致力于开发新型金属复合氧化物等高效低廉的新型催化剂，以提高PEMFC的效率和成本效益。
最后，新型电解质材料的出现也使得PEMFC技术更加可靠。
氢燃料电池系统的质子交换膜技术研究氢燃料电池系统被广泛认为是未来清洁能源的重要选择之一，而其中的质子交换膜技术是其核心之一。
质子交换膜技术作为氢燃料电池系统中的关键组件，直接影响着系统的性能和稳定性。
针对质子交换膜技术的研究，一直是学术界和工业界的热点之一。
首先，质子交换膜技术的研究背景和意义。
氢燃料电池系统是一种利用氢气和氧气反应产生电能的设备，具有零排放、高效率等优点。
而其中的质子交换膜作为电解质，起着将质子从氢侧传递到氧侧的作用，直接影响着整个系统的电化学性能。
因此，加强对质子交换膜技术的研究具有重要的现实意义。
其次，质子交换膜技术的研究现状。
目前，国内外学者在质子交换膜的材料研究、结构设计、性能测试等方面取得了一系列成果。
例如，利用不同的聚合物材料作为质子交换膜的基质，通过控制材料的孔隙结构和分子排布，可以有效提高质子传导率和耐化学腐蚀性能。
同时，结合纳米材料和功能化表面技术，还可以进一步提高质子交换膜的性能。
通过实验测试和计算模拟手段，研究人员可以充分评估不同质子交换膜的性能差异，为系统性能优化提供依据。
再次，质子交换膜技术的未来发展方向。
随着氢燃料电池系统的广泛应用，对质子交换膜的要求也日益提高。
未来的研究方向包括但不限于：提高质子交换膜的质子传导率，实现更高的能量转换效率；提高质子交换膜的耐化学腐蚀性能，延长系统的使用寿命；降低质子交换膜的成本，推动氢燃料电池系统的商业化应用。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，质子交换膜技术的研究在未来的清洁能源领域具有重要的地位和作用。
通过不断深入的研究和创新，我们可以进一步优化氢燃料电池系统的性能，推动清洁能源技术的发展。
希望未来能有更多的研究机构和企业加入到质子交换膜技术的研究中，共同推动氢燃料电池系统向着更高效、更稳定的方向发展。
燃料电池的技术现状和发展趋势燃料电池是一种无污染、高效能的能源转化设备，近年来得到了越来越多的关注和应用。
本文将围绕燃料电池的技术现状和发展趋势，从以下三个方面进行介绍。
一、燃料电池的技术现状燃料电池是一种能够将氢气、甲烷等可再生能源转化为电能的装置，也可以利用能源颗粒，如氢离子、氧化物离子等，在经过化学反应后产生电能。
据统计，目前已经研制出多种类型的燃料电池，并投入了大量的应用。
一般来说，燃料电池主要包括固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、直接甲醇燃料电池等几种类型。
其中，PEM燃料电池是目前最为成熟、商业化应用最广泛的燃料电池类型之一，其具有体积小、质量轻、响应速度快等优点。
二、燃料电池的发展趋势（1）实现规模化、商业化应用尽管燃料电池技术的研究已经有了很长时间，但是其应用仍然非常有限。
未来，燃料电池仍然需要从实验室走向市场，实现规模化生产，并被广泛运用于汽车、铁路、海运等领域。
（2）持续提高燃料利用率和能量效率燃料电池的燃料利用率和能量效率是影响其应用价值的重要参数。
因此，未来燃料电池厂商应当继续强调技术改进，不断提高电池的燃料利用率和能量效率。
（3）开发新型催化剂在燃料电池的运行过程中，催化剂是十分重要的因素。
因此，开发新型催化剂，提升燃料适用能力和普适性，已成为燃料电池技术领域的新任务。
三、燃料电池的优缺点（1）优点① 燃料电池可以利用多种化学能源进行转化，具有能源利用效率高、效能高的特点。
其转换效率可达50%以上。
② 燃料电池不需要燃烧，因此排放无害物质，而且还可以减少有害气体的排放。
③ 燃料电池拥有体积小、质量轻、响应速度快等优点，因此在汽车、铁路、海运等领域具有广泛的应用前景。
（2）缺点① 燃料电池制造成本高，封装要求严格，还需要维护大量设备。
② 燃料电池塑料薄膜等零部件的封装性能、生长性高，需要不断地加强研发。
综上所述，燃料电池的技术现状和发展趋势十分值得我们关注。
质子交换膜水电解制氢技术现状与展望近年来，随着环保意识的逐渐加强和清洁能源的需求不断增加，质子交换膜水电解制氢技术备受关注。
那么，质子交换膜水电解制氢技术究竟是什么？它的现状如何？未来又将会如何发展呢？让我们来深入探讨一下这一重要的技术。
1. 质子交换膜水电解制氢技术的基本原理质子交换膜水电解制氢技术是一种利用电力将水分解成氢气和氧气的技术。
其基本原理是通过电解水来获得氢气，而核心的部件就是质子交换膜电解池。
在电解池中，水被分解成氢离子和氧离子，通过质子交换膜将两者分开，从而实现将水分解成氢气和氧气的目的。
这种技术相比传统的热化学制氢技术来说，能耗更低、环保性更好，因此备受瞩目。
2. 质子交换膜水电解制氢技术的现状目前，质子交换膜水电解制氢技术已经取得了一些进展。
在全球范围内，不少研究机构和企业都在积极探索和研发相关技术。
一些先进的质子交换膜电解池已经投入使用，并取得了良好的效果。
一些国家和地区也在加大质子交换膜水电解制氢技术的推广和应用力度。
可以预见，这种技术有望在未来取得更广泛的应用。
3. 质子交换膜水电解制氢技术的展望展望未来，质子交换膜水电解制氢技术充满了希望。
随着科技的不断进步和环保意识的提高，质子交换膜水电解制氢技术有望成为未来清洁能源领域的重要技术之一。
随着生产成本的不断下降和效率的不断提高，质子交换膜水电解制氢技术有望在未来取代传统的热化学制氢技术，成为主流制氢技术。
这将有力推动可再生能源的利用和氢能源的发展，对于解决能源和环境问题将具有重大意义。
4. 个人观点和理解在我看来，质子交换膜水电解制氢技术是一项极具潜力的技术。
它不仅可以帮助人们更好地利用可再生能源，还可以降低环境污染，为人类社会的可持续发展做出重要贡献。
我对其未来发展充满信心，期待它能在未来取得更大的突破和应用。
总结回顾质子交换膜水电解制氢技术是一项能源领域的重要技术，它通过电解水制氢，具有能耗低、环保性好的特点。
目前，该技术已经取得了一些进展，有望在未来得到更广泛的应用。
质子交换膜燃料电池的发展前景质子交换膜燃料电池（简称PEMFC）是一种新型的燃料电池技术，具有较高的能量转化效率和环保性能，因此其发展前景非常广阔。
质子交换膜燃料电池具有高能量转化效率。
相比于传统的燃烧发电方式，PEMFC可以将化学能直接转化为电能，转化效率可以达到40%以上，远远高于内燃机的转化效率。
这意味着在同样能源输入的情况下，质子交换膜燃料电池可以提供更多的电能输出，使能源利用效率得到极大提升。
质子交换膜燃料电池具有较强的环保性能。
PEMFC的工作原理是通过催化剂将氢气和氧气转化为水，过程中不产生有害物质和污染物。
相比之下，传统的燃烧发电方式会产生大量的二氧化碳和其他有害气体，对环境造成严重污染。
因此，质子交换膜燃料电池可以有效降低温室气体排放，减少对大气环境的影响，有利于可持续发展。
质子交换膜燃料电池还具有快速启动、静音、体积小等优势。
相比于传统的发电设备，PEMFC可以快速启动并达到额定功率输出，适用于一些对电能供应要求高的场景。
同时，由于使用了固体质子交换膜代替了传统燃烧中的机械部件，质子交换膜燃料电池工作时几乎无噪音，非常适合于室内使用。
然而，质子交换膜燃料电池也面临一些挑战和问题。
首先是氢气的供应问题。
虽然氢气是一种清洁的能源，但目前氢气的生产和储存仍存在一定的技术难题。
其次是催化剂的稳定性和成本问题。
质子交换膜燃料电池需要使用贵金属作为催化剂，而贵金属的成本较高，催化剂的稳定性也需要进一步提升。
此外，质子交换膜的耐久性和寿命也是一个需要解决的问题。
针对以上问题，科研人员正在积极探索解决方案。
首先，在氢气供应方面，可以通过发展水解制氢和可再生能源制氢等技术，实现氢气的可持续生产。
其次，在催化剂方面，可以研究开发新型的非贵金属催化剂，以降低成本。
同时，通过改进催化剂的结构和表面处理技术，可以提高催化剂的稳定性和活性。
此外，还可以通过改进质子交换膜的材料和结构，提高其耐久性和寿命。
燃料电池膜电极技术难点及发展趋势Ⅰ、概述燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换设备，具有广阔的应用前景。
其中，膜电极技术是燃料电池关键技术之一，其发展水平直接影响着燃料电池的性能和经济性。
本文将从燃料电池膜电极技术的难点及发展趋势进行探讨。
Ⅱ、燃料电池膜电极技术难点1. 质子交换膜的开发质子交换膜是燃料电池的核心组件之一，直接影响燃料电池的性能和稳定性。
然而，目前市面上的质子交换膜性能不够稳定，耐久性较低，还存在着水分平衡问题和质子传输速率不高等难点。
2. 电极催化剂的制备电极催化剂在燃料电池中发挥着催化氢氧化和氧还原等重要作用，但目前仍面临着成本高、稳定性差、催化活性低等难题。
如何制备出活性高、稳定性好的电极催化剂成为了燃料电池膜电极技术的难点之一。
3. 电极结构设计电极结构的设计直接关系到电极的气体传输和电子传输性能。
目前存在的问题是电解质滞留、反应活性低等。
如何设计出合理结构的电极成为了燃料电池膜电极技术的关键难点。
Ⅲ、燃料电池膜电极技术发展趋势1. 质子交换膜的改进未来的研究方向将主要集中在质子交换膜的改进，以提高其稳定性和耐久性。
研究者将从材料结构、形貌设计、界面调控等方面入手，以期改善质子交换膜的性能。
2. 电极催化剂的发展电极催化剂的发展趋势将主要集中在提高其催化活性和稳定性，降低成本。
未来的研究方向将可能涉及到材料的改性、结构设计和合成方法的改进等方面。
3. 电极结构的优化未来的发展方向将主要集中在改善电极结构，以提高其气体传输和电子传输性能。
在此基础上，提高电极的反应活性和稳定性，以实现更高效的燃料电池性能。
Ⅳ、结论燃料电池膜电极技术的发展面临着众多挑战，但也蕴含着巨大的发展潜力。
未来的发展趋势将是提高质子交换膜、电极催化剂和电极结构的性能，以实现更高效、更稳定、更经济的燃料电池技术。
希望未来的研究者能够深入探索，克服现有难题，推动燃料电池膜电极技术的发展，为清洁能源的发展做出更大的贡献。
质子交换膜燃料电池的应用与发展质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）是一种以氢气和氧气为燃料的燃料电池，其工作原理基于质子交换膜的传质特性。
PEMFC具有高能量转化效率、快速启动、低温工作等特点，因此在诸多领域具有广泛的应用前景。
首先，PEMFC在交通运输领域的应用前景非常广阔。
由于PEMFC具有高能量转换效率和短时间启动等特点，可以满足电动汽车和无人驾驶系统的要求。
与传统燃料电池相比，PEMFC的工作温度较低，因此在电动汽车领域具有更好的氢气氧化反应速度和冷启动能力。
另外，PEMFC的质量轻、体积小，可以减轻车辆负荷，提高汽车行驶里程。
此外，PEMFC还可以用于舰船和飞机等交通工具中，提供可靠的电力能源。
其次，PEMFC在电力领域也具有重要的应用前景。
由于PEMFC具有高转化效率和快速响应的特点，可以应用于小型燃料电池发电机组。
这些小型发电机组可以嵌入到住宅、办公楼以及远离电网的地区，提供可靠的电力供应。
此外，PEMFC还可以与太阳能电池、风力发电机等可再生能源结合使用，形成混合能源系统，增加可再生能源的利用效率。
此外，PEMFC还具有在便携式电子设备中的应用潜力。
随着移动通信、智能家居等智能设备的普及，对电池的需求量逐渐增加，而传统的锂电池容量有限，使用时间较短。
PEMFC可以通过不间断地供电来解决这一问题，延长便携式设备的使用时间。
同时，PEMFC具有快速启动和高能量转换效率的特点，非常适合在户外、远程地区使用。
当前，PEMFC还存在一些挑战和亟需解决的问题。
首先，PEMFC的成本仍然较高，其中包括质子交换膜的价格昂贵。
此外，PEMFC的稳定性和寿命问题也需要进一步研究和改进。
对于氢气的存储和供应也是一个技术难题，需要解决氢气在储存和输送过程中的安全性和成本等问题。
总之，质子交换膜燃料电池具有广泛的应用前景，并且在交通运输、电力、便携式电子设备等领域中有着独特的优势。
燃料电池质子交换膜研究现状和发展趋势本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March膜材料科学与技术课程作业燃料电池质子交换膜研究现状和发展趋势任课教师：陈鹏鹏老师姓名：鲜开诚学号：C专业：新能源材料与器件燃料电池质子交换膜研究现状和发展趋势鲜开诚（安徽大学化学化工学院合肥230601）摘要质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）作为新一代能源技术被广泛应用。
离子交换膜作为燃料电池的核心元件，同时起到分隔燃料和氧化剂，传导质子的双重作用。
本文简介了燃料电池质子交换膜及其工作原理；介绍了现有的几种质子交换膜的结构与性能及最新研究状况；展望了质子交换膜的发展趋势。
关键词：质子交换膜；燃料电池；聚合物Advances and Development Trends in Proton Exchange Membranes for Fuel CellsXian Kai-cheng(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Anhui University,Hefei 230601,Anhui Province,China) Abstract Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), is being widely used as a new generation of energy exchange membrane,as a core component of PEMFC,is of the ability of separating fuels and oxidizing agent as well as conducting this paper, proton exchange membrane and its operating principle are introduced;the structure and performance of kinds of proton exchange membrane as well as their recent study are reviewed; outlook of the development trend of proton exchange membranes are provided.Key words proton exchange membrane; fuel cell; polymer1燃料电池质子交换膜及其工作原理燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应方式直接转换成电能的高效电装置,其能量转换率高,是一种环境友好的新型能源。
燃料电池的种类很多,质子交换膜燃料电池是其中的一种,其最大的优点在于它能在室温附近工作,而且电池启动快,能量转换率高,它不仅可以替代普通的二次电池,而且可以作为汽车的动力源,从而大大减少环境污染。
质子交换膜在燃料电池中所起的作用与一般的化学电源中所用的隔膜不同。
首先,它不仅仅是一种将阳极与阴极隔开的隔膜材料,而且还是电解质和电极活性物质的基底。
另外,质子交换膜还是一种选择透过性膜,而通常用的隔膜都是多孔薄膜。
也就是说,质子交换膜的作用是双重的,作为电解质提供质子通道并且作为隔膜隔离两极反应气体。
a b c d c b aa-双极板 b-扩散层 c-催化剂层 d-质子交换膜图1 膜电极结构图在燃料电池的结构设计中，膜与两极组成“三明治”结构的膜电极（Membrane Electrode Assembly,MEA）。
（如图1）它主要由五部分组成，即阳极扩散层、阳极催化剂层，质子交换膜、阴极催化剂层和阴极扩散层组成。
另外，在膜电极的两边分别对应有阳极集流板和阴极集流板，即双极板[1]。
MEA 的工作过程如下：（如图2）① 含水的氢气通过双极板上的气体通道穿过扩散层，到达阳极催化剂层并吸附于其上，然后在铂催化剂的作用下，发生如下反应：H 2 → 2H + + 2e -② 质子进入质子交换膜，与膜中的磺酸基上的氢离子发生交换，使氢离子到达阴极。
同时，阴极含水的氧气也从双极板通过扩散层，吸附于阴极电催化剂层中，并与交换而来的氢离子在铂的催化作用下发生反应，即:O 2 + 4H + -4e - → 2H 2O上述过程是理想的工作过程，实际上，电池工作过程中阳极氧化与氧的阴极还原不是一步完成的，有许多中间产物和步骤。
2 含氟质子交换膜含氟质子交换膜分子骨架含有大量的C-F 键，因为C-F 键的键能比C-H 键高得多，因此具有优异的化学稳定性和使用寿命，从而可大大促进固体电解质燃料电池的开发。
图2 PEMFC 工作原理图 The principle of PEMFC2.1全氟磺酸型质子交换膜全氟磺酸膜主要是美国Dupont公司生产的Nafion系列膜，目前H2/O2燃料电池中广泛采用的是这种膜，其化学结构如图3：图3 Nafion系列膜结构Structure of Membrane of Nafion全氟磺酸型质子交换膜有以下优缺点[2]：( 1) 优点①高的化学稳定性, 如在150℃的强酸和氧化环境中仍能保持良好的稳定性②高的机械强度及在高湿度下高的导电率③低温下实现高的电流密度④离子传导电阻小, 氧在其中的还原速度明显快于其它各种酸性电解质, 其原因是膜中的阴离子固定在膜内的聚合物主体上, 它不能吸附到催化剂表面, 从而提高了催化剂的有效面积。
（2）缺点①质子导电率严重依赖于膜中含水量, 低湿度时膜的导电率下降明显②温度升高会引起导电率降低, 高温时膜易发生化学降解, 产生毒性③单体合成困难, 成本高, 废品难处理④价格高⑤用于甲醇燃料电池时易发生甲醇渗漏2.2部分氟化质子交换膜针对全氟磺酸型质子交换膜价格昂贵，工作温度低等缺点，部分氟化质子交换膜诞生了。
部分氟化膜一般体现为主链全氟,这样有利于在燃料电池苛刻的氧化环境下保证质子交换膜具有相应的使用寿命。
质子交换基团一般是磺酸基团。
该类质子交换膜最突出的代表是Ballad公司的BAM3G膜(磺化或者磷化三氟苯乙烯质子交换膜),其结构见图4[3]。
图4 BAM3G 膜化学结构Structure of Membrane of BAM3G一方面,由于主链上氟原子保护碳骨架免于电化学氧化,另一方面由于氟原子是较强的吸电子基团,用其取代苯环上的氢原子,降低了苯环上的电子云密度,使苯环钝化,抵抗电化学氧化环境,使得BAM3G膜寿命增加[4]。
虽然这些部分氟化的磺化聚合物膜在氢氧燃料电池体系中表现出很好的性能,但是其相对复杂的单体制备工艺以及较难的磺化程序使得产品的制作价格仍然较高。
3非氟化质子交换膜非氟化烃类聚合物膜用于燃料电池的主要问题是它的化学稳定性, 由于C-H 键的离解焓较低, 氧分子与氢离子反应生成的H2O2会使之发生化学反应。
目前具有优良热、化学稳定性的高聚物很多, 如聚苯撑氧、芳香聚酯、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚酮等, 因此有许多人在研究如何将它们经过质子化处理用于PEMFC[5]。
下面是两种典型的非氟化质子交换膜。
聚酰亚胺离子交换膜用磺化萘型聚酰亚胺制得的膜(Naphtalenic PI 膜), 其性能与Nafion ®117膜比较, 当膜的厚度相同时,磺化萘型聚酰亚胺膜的水吸收能力Nafion ®117膜的强, 热稳定性好, 且氢气的渗透速率比Nafion ®膜小[6]。
从电化学实验结果 (如图5) 可以看出,这种磺化膜的电化学性能与Nafion ®117相似,特别是在高电流密度时，它的性能要优于Nafion ®117膜, 此膜的燃料电池使用寿命已达3000h [7]。
离子交联的质子交换聚合物网络型膜 提高质子交换膜的高温使用性，除掺杂无机质子酸，选用磺化非氟聚合物外，还可采用酸性、碱性聚合物共混形成酸、碱离子键交联的质子交换聚合物网络。
此法能够提高耐热性(280~350℃)[8]。
与共价键相比，离子键柔性较好，可减少复合膜在干膜状态的脆性。
并且由于离子交联部分的氢键具有很强的亲水性，其含水量也很稳定。
离子交换聚合物网络质子电导主要通过酸碱之间的质子转移来实现：P 1-SO 3+P 2-NR 2→[P 1-SO 3]-+[HR 2N-P 2]+一般采用磺化聚砜、磺化聚苯醚、聚醚酮等作为聚合物酸，聚苯并咪唑、聚1,2-亚乙基乙胺、聚4-乙烯吡啶作为聚合物碱，这些聚合物可改性变成新的聚合物酸碱，从而形成新的路易斯酸碱对，但不是所有酸碱对都能很好的匹配。
酸碱对不匹配时离子间结合力比较弱，导致高温下离子交联的失效，使该体系形成的薄膜尺寸稳定性下降[9]。
图5 聚酰亚胺膜和Nafion ®117膜的极化曲线Polarisation curves for sulphonatedpolyimides membranes andNafion®117 membrane4质子交换膜的几大发展趋势无机质子交换膜绿色环保是当今工业发展的主题，聚合物质子交换膜的使用寿命长和高度稳定性意味着降解难，这不复合环保要求，因此有研究者针对这个问题提出开发无机质子交换膜。
Yang等人[10]将实验制得的CsHSO4水溶液均匀地涂抹在玻璃滤纸(孔径为μm)表面，在80℃除水、重结晶，成功地制备出厚度为200μm 玻璃滤纸支撑的薄膜，并装配成燃料电池进行测试，发现有电流产生。
Haile等人[11]和Boysen等人[12]以CsHSO4和CsH2PO4无机质子导体组装了PEMFC和DMFC(直接甲醇燃料电池)高温燃料电池，已初步取得了的该类电池的一些性能数据。
但是该领域的研究还处于起步阶段，需要一段时间才能走向成熟。
复合膜为了尽量克服全氟型磺酸膜在低湿度或高温条件下因为缺水导致的电导率低，以及阻醇性能差等缺点，最近通过复合的方法来改性全氟型磺酸膜有了较多的研究报道。
Kima等[13]采用聚苯乙炔(PPV)作为Nafion的修饰材料，通过将Nafion干膜浸入含有不同浓度PPV的前驱液，以真空干燥的方法完成修饰。
测试结果显示，该种修饰膜的质子传导率随PPV前驱液浓度的升高呈缓慢下降趋势，但与之相对的是甲醇透过率大幅度降低，并且远低于Nafion膜的甲醇透过率。
以聚糠基醇为修饰材料的Nafion掺杂膜在40℃与60℃均表现出比纯Nafion膜更好的DMFC（直接甲醇燃料电池）性能[14]。
用经过磺化与交联处理的聚乙烯醇（PVA）与Nafion掺杂混合[15]，得到阻醇性能很好的PEM。
