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质子交换膜燃料电池1 工作原理质子交换膜型燃料电池（PEMFC）以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板。
图1为PEMFC的工作原理示意图。
PEMFC中的电极反应类同于其它酸性电解质燃料电池。
阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反应H2→ 2H+ + 2e-该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则经质子交换膜到达阴极。
氧气与氢离子及电子在阴极发生反应生成水1/2 O2 + 2H+ +2e-→H2O生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应尾气排出。
图1 PEMFC的工作原理示意图由图1可知，构成PEMFC的关键材料与部件为：1)电催化剂。
2)电极（阴极与阳极）。
3）质子交换膜。
4）双极板。
2 发展简史60年代，美国首先将PEMFC用于双子星座航天飞行。
但该电池当时采用的是聚苯乙烯磺酸膜，在电池工作过程中该膜发生了降解。
膜的降解不但导致电池寿命的缩短，而且还污染了电池的生成水，使宇航员无法饮用。
其后，尽管通用电器公司曾采用杜邦公司的全氟磺酸膜，延长了电池寿命，解决了电池生成水被污染的问题，并用小电池在生物实验卫星上进行了搭载实验。
但在美国航天飞机用电源的竞争中未能中标，让位于石棉膜型碱性氢氧燃料电池（AFC），造成PEMFC的研究长时间内处于低谷。
1983年加拿大国防部资助了巴拉德动力公司进行PEMFC的研究。
在加拿大、美国等国科学家的共同努力下，PEMFC取得了突破性进展。
首先，采用薄的（50～150µm）高电导率的Nafion 和Dow全氟磺酸膜，使电池性能提高数倍。
接着又采用铂/碳催化剂代替纯铂黑，在电极催化层中加入全氟磺酸树脂，实现了电极的立体化,并将阴极、阳极与膜热压到一起，组成电极-膜-电极三合一组件(即MEA)。
这种工艺减少了膜与电极的接触电阻，并在电极内建立起质子通道，扩展了电极反应的三相界面，增加了铂的利用率。
质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，其工作原理基于氢气和氧气之间的氧化还原反应，将化学能转化为电能。
本文将从以下几个方面详细介绍质子交换膜燃料电池的工作原理：1.燃料供应质子交换膜燃料电池的燃料供应通常为氢气，氢气通过外部管道或压力容器进入燃料电池的阳极（也称为燃料电极）。
在阳极，氢气被催化剂分解为带正电的氢离子（质子）和带负电的电子。
这个过程被称为电离或解离。
2.氧化反应在质子交换膜燃料电池中，氧气的氧化反应在阴极（也称为空气电极）上进行。
阴极上的氧气与阳极通过质子交换膜传递过来的氢离子结合，生成水。
同时，电子从阳极通过外部电路流向阴极，形成电流。
3.质子转移质子是氢原子核，带正电荷。
在质子交换膜燃料电池中，氢离子通过质子交换膜从阳极转移到阴极。
这个过程是借助于质子交换膜中的水分子进行的。
4.阴极反应在阴极，氧气与氢离子结合生成水，同时电子从阳极通过外部电路流向阴极。
这个过程中，电子和氢离子分别在阴极和阳极上形成电流。
5.电流生成当电子和氢离子在阳极和阴极上形成电流时，就会在外电路中产生电压和电流。
这个电压和电流可以用来驱动电动机或其他电子设备。
质子交换膜燃料电池的输出电压通常为1伏特左右，输出电流取决于负载电阻的大小。
6.废热排放质子交换膜燃料电池的废热排放主要来自于氧化反应和质子转移过程中产生的热量。
这些热量可以通过冷却系统进行回收利用，或者以热水的形式排放到环境中。
质子交换膜燃料电池应用质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种电化学器件，其通过将氢气和氧气化学反应的产物（水）转化为电能来提供电力。
PEMFC具有高效、高能量密度、低排放、环保等优点，因此在近年来被广泛应用于汽车、船舶、军事装备和航空航天等领域。
PEMFC由质子交换膜、阳极和阴极三部分组成。
质子交换膜是PEMFC的核心部件，它连接了两个电极，在电极之间形成了离子通道，使氢气和氧气得以在电极上发生反应。
阳极上氢气被氧化成质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，而电子则通过外部电路流回到阴极。
在阴极上，质子和电子再次结合生成水。
与传统的燃料电池相比，PEMFC具有多种优势。
PEMFC具有高效的电化学反应速率，从而能够输出高功率密度。
由于采用了质子交换膜，PEMFC能够工作在低温下，响应速度更加迅速。
PEMFC不需要氧化剂补偿，不产生污染物和温室气体。
实际应用中，PEMFC作为汽车动力系统的代表已经开始取得了一定的进展。
由于PEMFC 具有高效的转换效率、良好的环保性和低噪音等特点，因此得到了相关领域的广泛认可。
PEMFC具有很高的初始功率，其加速能力和加速储备能力非常优秀，在城市道路上能够快速加速，因此在清洁能源领域具有广泛的应用前景。
PEMFC的实际应用仍然面临一些挑战，主要包括催化剂的高成本、寿命、稳定性和快速失活等问题。
氢气储存和氢气加注技术也需要得到进一步的完善。
使PEMFC的实际应用更加广泛和普及化需要各种领域的专家不断优化PEMFC的材料和技术，从而实现成本的降低和寿命的延长。
PEMFC作为清洁能源领域的重要技术之一，在未来几年内将得到不断的完善和发展，其在交通、军事、航空航天等领域的应用前景十分广阔。
PEMFC技术的发展需要通过材料、工艺等多个方面的改进来实现。
催化剂材料是影响PEMFC性能的关键因素之一。
目前，大多数PEMFC中使用的催化剂是铂及其合金，但铂是一种稀有金属，价格昂贵，制约了PEMFC的大规模商业化应用。
质子交换膜燃料电池材料的研究及应用随着人们对可再生能源和清洁能源的需求不断提高，燃料电池作为一种新型的能源转换设备也受到了广泛的关注。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用最为广泛的一种燃料电池，其原理是通过将氢气和氧气在催化剂的作用下反应，产生电能和水。
质子交换膜是PEMFC的核心材料，它直接影响燃料电池的性能和稳定性。
因此，研究和开发高性能、高稳定性的质子交换膜材料已成为PEMFC技术发展的关键。
一、质子交换膜的种类目前市场上比较常见的质子交换膜材料有：聚四氟乙烯（PTFE）、氟化磺酸聚合物（PFSA）、聚苯并咪唑（PBI）等。
其中，PFSA是目前应用最为广泛、性能最为优越的质子交换膜材料。
PFSA的共聚物结构中含有苯环，并且与磺酸化的氟碳化合物链相连，具有较好的热稳定性、耐久性和酸碱稳定性。
此外，还有一些新型的质子交换膜材料正在研发中，如磺化聚苯乙烯（SPS）、酸催化聚合物（ACP）、高分子/无机复合质子交换膜材料等。
二、质子交换膜的性能指标质子交换膜材料的性能指标主要包括：质子导电性、耐久性、化学稳定性、热稳定性、机械强度等。
其中，质子导电性是影响燃料电池性能的重要因素之一，质子交换膜的导电性能需要高，同时也需要具备良好的耐久性。
燃料电池在使用过程中，质子交换膜还需要具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度等，以保证其长期运行稳定。
三、质子交换膜材料的研究进展随着质子交换膜材料的研发和制备技术的不断提高，各种新型质子交换膜材料已经出现。
其中，高分子共价网络（CPN）材料是一种非常有前景的质子交换膜材料。
CPN材料是将可溶性高分子与二胺在酸性介质中缩合形成的网状结构，具备优异的导电性和稳定性。
此外，金属有机骨架（MOF）复合质子交换膜材料也备受关注。
MOF具有极高的比表面积和孔隙结构，可以有效地提高质子交换膜材料的导电性能和稳定性。
四、质子交换膜燃料电池的应用前景质子交换膜燃料电池是一种非常环保、高效、低碳的能源转换设备，具备广泛的应用前景。
质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池，这个名字听起来是不是有点复杂？别担心，让我们一起来聊聊它的原理，轻松愉快，绝对不枯燥！想象一下你正在喝一杯新鲜的果汁，鲜甜可口，简直让人忍不住多喝几口。
这种燃料电池其实就像那杯果汁，充满了能量。
它的工作原理很简单，实际上就是利用氢和氧的反应来产生电力，简直就像是化学魔法！氢气一旦被引入，哗啦一声，它就会和氧气在膜的另一侧发生神奇的反应。
哎，这个质子交换膜可不是一般的膜，它就像一个超级守门员，只允许氢离子通过，其他的可都进不来。
氢气的分子在阳极这边，经过催化剂的作用，哗哗地分解成氢离子和电子。
那些电子可调皮了，没法通过膜，反而乖乖地跑去外部电路，产生了电流。
而氢离子呢，趁机穿过质子交换膜，到了阴极那边。
就在那儿，氢离子和氧气又相遇了，哇，化学反应发生了，水和热量随之而来，这种感觉就像是做了一道美味的菜肴，饱含了能量！说到这里，或许你会想，为什么要用这种燃料电池呢？答案很简单！它的“排放”只有水，真的是干净得不能再干净了。
想象一下，开着这种车在街上行驶，旁边的人都在问：“哇，你这车怎么不冒烟啊？”这时候你就可以得意地告诉他们：“这可是质子交换膜燃料电池的功劳！”这让环保达人们简直要拍手叫好。
不过，事情也不是那么简单。
尽管燃料电池好处多多，但在氢气的储存和运输上，还是得小心谨慎。
毕竟，氢气可是个爱冒险的小家伙，随时都有可能变得不稳定。
我们得好好设计储存系统，让它安全、可靠。
就像你珍藏的那瓶老酒，得放在合适的地方，才能保持它的美味。
再说了，这种燃料电池的效率也是个值得关注的话题。
它能将氢气的化学能转化为电能，效率可以达到70%甚至更高，这简直让传统的内燃机自愧不如！所以，你说它是不是未来的“新星”？我觉得它绝对有潜力成为清洁能源的“领头羊”。
随着科技的发展，制造质子交换膜的材料也在不断进步。
以前可能要用昂贵的材料，现在研究人员正在努力找到更便宜、更环保的替代品。
质子交换膜燃料电池-水热管理介绍质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种常见的燃料电池，用于产生电力。
它们与传统的热机不同，因为它们直接将化学能转化为电能。
这令它们在某些方面比传统热机更具优势，例如在低温下就能工作和高效率。
PEMFC 中的大量反应所涉及的热和水管理至关重要。
热问题可能导致膜干燥、水解过程中的气泡和温度效率低下。
水问题可能包括水过多，水溢出，或者可能在温度低于冰点时冻结。
当我们考虑 PEMFC 的热和水管理时，我们需要考虑转移热、产生热和水下传输等问题。
在最新的 PEMFC 技术中，维持恰当的热和水平衡对于燃料电池的高效运行是至关重要的。
水管理PEMFC 的一项重要任务是管理水。
水是 PEMFC 反应的必要元素，但水过多会阻碍气体扩散，并增加电池的质量，因此需要确保水的循环和操控。
在 PEMFC 中，氢和氧进入电池，然后它们在阳极和阴极处反应，生成热，水和电。
水被产生在阴极部分，并被从电池中移走。
在传统上，这是通过实现循环冷却水的方式来处理的。
在 PEMFC 中，几种方法用于处理水。
首先，主要可以通过控制气体的含水量来处理水。
在 PEMFC 中使用含水量较低的氢气，可以保持电池中的水在一个较低的水平范围，且有助于电池中等格子中空气吸附和溶解在PEMFC 的电化学反应中。
其次，在 PEMFC 中使用的材料是设计为以水的形式存在的。
PEM 本身和电极都有水的存在形式，这可能有助于 PEMFC 稳定地运行。
最后，有一些技术利用 PEMFC 中发生的水电解来产生氧和氢气，这可能与随后的 PEMFC 反应相结合，以重新利用已经生成的水分。
热管理在 PEMFC 中热的产生来自于电化学反应和热损失。
在 PEMFC 的电化学反应中，电化学反应会产生热量，并引起 PEMFC 中的协同暖湿运动，另外 PEMFC 中还会因散热不及时而失去热量。
这些热量需要通过各种方式进行管理，以确保电池的运作。
用于处理PEMFC 中热问题的方法主要涉及质子交换膜和散热器的设计。
质子交换膜燃料电池工作模式质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种高效、环保的能量转换装置，它通过氢气与氧气在电催化剂的作用下发生电化学反应，直接将化学能转化为电能。
PEMFC具有能量密度高、工作温度低、启动快和寿命长等优点，被广泛应用于交通运输、便携式电源和固定式发电等领域。
PEMFC的工作模式可以分为以下几个步骤：1. 氢气供应：纯氢气或富含氢的气体通过管道输送到燃料电池的阳极（负极）。
2. 氢气氧化反应：在阳极侧，氢气分子H2在催化剂的作用下分解为质子（H+）和电子（e-）。
这个过程称为氢气氧化反应（Hydrogen Oxidation Reaction，HOR）。
产生的电子经过外部电路流向电池的阴极（正极），形成电流，而质子则通过质子交换膜迁移到阴极。
3. 氧气还原反应：同时，氧气或空气被输送到燃料电池的阴极。
在阴极侧，氧气分子O2与迁移到该处的质子和电子结合，在催化剂的作用下发生还原反应，生成水（H2O）。
这个过程称为氧气还原反应（Oxygen Reduction Reaction，ORR）。
4. 电子流动和电能产生：随着电子从阳极流向阴极，它们在外部电路中产生了电流，可以驱动电动机或其他电子设备。
由于电子是从阳极流向阴极，所以外部电路中的电流方向是从阴极流向阳极。
5. 热管理：燃料电池在工作时会产生热量，需要有效的热管理系统来维持电池的温度在适宜范围内。
6. 水管理：由于反应生成水，需要有效的水管理系统来确保膜的湿润和防止水泛滥。
7. 尾气排放：阴极的过量空气和生成的水蒸气通常作为尾气排出。
PEMFC的工作原理基于两个半反应：阳极的氢气氧化和阴极的氧气还原。
整个反应过程可以表示为：[ text{阳极反应：} H_2 → 2H^+ + 2e^][ text{阴极反应：} frac{1}{2}O_2 + 2H^+ + 2e^→ H_2O ] [ text{总反应：} H_2 + frac{1}{2}O_2 → H_2O ]这个过程中，除了电能外，唯一的副产品是水，因此PEMFC被认为是一种环境友好的能源转换技术。
燃料电池质子交换膜材料燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中质子交换膜材料是燃料电池的重要组成部分之一。
质子交换膜（Proton Exchange Membrane，简称PEM）是燃料电池中用于分隔阳极和阴极的膜材料，它具有良好的质子传导性能和较高的化学稳定性，是实现燃料电池高效工作的关键。
质子交换膜材料主要包括有机膜和无机膜两类。
有机膜主要是指聚合物质子交换膜，常用的有氟化聚合物质子交换膜（例如聚四氟乙烯基质的氟磺酸树脂膜）和磺酸树脂质子交换膜（例如聚苯乙烯基质的磺酸树脂膜）。
无机膜则主要是指氧化物质子交换膜，常用的有磷酸盐质子交换膜和磷酸盐掺杂氧化物质子交换膜。
有机膜质子交换膜具有很高的质子传导性能和较好的化学稳定性，但在高温和低湿条件下容易失水而导致性能下降。
而无机膜质子交换膜则具有较好的耐高温和低湿性能，但质子传导性能较有机膜较差。
因此，在应用中需要根据具体的工作条件选择合适的质子交换膜材料。
质子交换膜材料的性能取决于其结构和成分。
一般来说，质子交换膜材料的结构应具有一定的亲水性，以促进质子的传导。
同时，膜材料的成分应具有较高的质子传导性和化学稳定性，以确保燃料电池的长期稳定运行。
在燃料电池中，质子交换膜材料的主要功能是分隔阳极和阴极，同时允许质子通过而阻止电子的通过。
这样可以保证氢气在阳极被氧化产生质子，并通过质子交换膜传递到阴极，与氧气发生还原反应生成水。
质子交换膜材料的良好性能可以提高燃料电池的效率和稳定性。
除了质子传导性能和化学稳定性外，质子交换膜材料还应具有较好的机械强度和导电性能。
机械强度可以保证质子交换膜在燃料电池中的稳定性和耐久性，而导电性能则可以提高电池的性能和输出功率。
研究人员正在不断探索新型的质子交换膜材料，以提高燃料电池的性能和降低成本。
例如，近年来有机-无机杂化质子交换膜材料受到广泛关注。
这种材料可以兼具有机膜和无机膜的优点，具有较好的质子传导性能和耐高温性能。
质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。
其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。
工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
两电极的反应分别为：阳极(负极)：2H2-4e=4H+阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O注意所有的电子e都省略了负号上标。
由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。
当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。
以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。
也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。
接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。
将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。
电堆构成电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。
将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆，如附图所示。
叠合压紧时应确保气体主通道对正以便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
电堆核心电堆的核心是MEA组件和双极板。
MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。
双极板常用石墨板材料制作，具有高密度、高强度，无穿孔性漏气，在高压强下无变形，导电、导热性能优良，与电极相容性好等特点。
常用石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。
优点质子交换膜燃料电池具有如下优点：其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。
所以，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。
通常，质子交换膜燃料电池的运行需要一系列辅助设备与之共同构成发电系统。
质子交换膜燃料电池发电系统由电堆、氢氧供应系统、水热管理系统、电能变换系统和控制系统等构成。
电堆是发电系统的核心。
发电系统运行时，反应气体氢气和氧气分别通过调压阀、加湿器(加湿、升温)后进入电堆，发生反应产生直流电，经稳压、变换后供给负载。
电堆工作时，氢气和氧气反应产生的水由阴极过量的氧气(空气)流带出。
未反应的(过量的)氢气和氧气流出电堆后，经汽水分离器除水，可经过循环泵重新进入电堆循环使用，在开放空间也可以直接排放到空气中。
水、热管理水、热管理是质子交换膜燃料电池发电系统的重要环节之一。
电堆运行时，质子交换膜需要保持一定的湿度，反应生成的水需要排除。
不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响，这就产生了质子交换膜燃料电池发电系统的水、热管理问题。
通常情况下，电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜，以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降，甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出，以防电极“淹死”。
由于质子交换膜燃料电池的运行温度一般在80℃左右，此时其运行效能最好，因此反应气体进入电堆前需要预加热，这一过程通常与气体的加湿过程同时进行；电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高，必须采取适当的冷却措施，以保持质子交换膜燃料电池电堆工作温度稳定。
这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。
机电一体化集成为了确保质子交换膜燃料电池电堆的正常工作，通常将电堆、氢气和氧气处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成，构成质子交换膜燃料电池发电机。
根据不同负载和环境条件，配置氢气和氧气存储系统、余热处理系统和电力变换系统，并进行机电一体化集成就可构成质子交换膜燃料电池发电站。
通常，质子交换膜燃料电池发电站由质子交换膜燃料电池发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。
氢气存储装置为发电机提供氢气，其储量按负荷所需发电量确定。
氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种，主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。
氢气存储是建设质子交换膜燃料电池发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。
空气供应保障系统对地面开放空间的质子交换膜燃料电池应用(如燃料电池电动车)不成问题，但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题，如何设置进气通道必须进行严格的论证。
氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、质子交换膜燃料电池电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。
氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感器必须安装在电站空间的最高处。
冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理质子交换膜燃料电池发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。
将质子交换膜燃料电池发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等，实现电热联产联供，可大大提高燃料利用效率，具有极好的发展与应用前景。
电气系统根据工程整体供电方式和结构对质子交换膜燃料电池发电机发出电力进行处理后与电网并联运行或/和直接向负载供电，涉及潮流、开关设备、表盘和继电保护等。
采用质子交换膜燃料电池发电站可以实现工程应急电网的多电源分布式供电方式，因此其电气及变配电系统是一个值得深入研究的问题。
电站自动化系统是为保障质子交换膜燃料电池发电站正常工作、可靠运行而设置的基于计算机参数检测与协调控制的自动装置，一般应采用分布式控制系统(DCS)或现场总线控制系统(FCS)。
主要设备包括现场智能仪表或传感器、变送器，通讯总线和控制器，并提供向工程控制中心联网通讯的接口。
主要功能包括参数检测、显示、报警，历史数据存储，故障诊断，事故追忆，操作指导，控制保护输出和数据信息管理等，是质子交换膜燃料电池电站信息化、智能化的核心。
应用前景质子交换膜燃料电池发电作为新一代发电技术，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美。
经过多年的基础研究与应用开发，质子交换膜燃料电池用作汽车动力的研究已取得实质性进展，微型质子交换膜燃料电池便携电源和小型质子交换膜燃料电池移动电源已达到产品化程度，中、大功率质子交换膜燃料电池发电系统的研究也取得了一定成果。
由于质子交换膜燃料电池发电系统有望成为移动装备电源和重要建筑物备用电源的主要发展方向，因此有许多问题需要进行深入的研究。
就备用氢能发电系统而言，除质子交换膜燃料电池单电池、电堆质量、效率和可靠性等基础研究外，其应用研究主要包括适应各种环境需要的发电机集成制造技术，质子交换膜燃料电池发电机电气输出补偿与电力变换技术，质子交换膜燃料电池发电机并联运行与控制技术，备用氢能发电站制氢与储氢技术，适应环境要求的空气(氧气)供应技术，氢气安全监控与排放技术，氢能发电站基础自动化设备与控制系统开发，建筑物采用质子交换膜燃料电池氢能发电电热联产联供系统，以及质子交换膜燃料电池氢能发电站建设技术等等。
采用质子交换膜燃料电池氢能发电将大大提高重要装备及建筑电气系统的供电可靠性，使重要建筑物以市电和备用集中柴油电站供电的方式向市电与中、小型质子交换膜燃料电池发电装置、太阳能发电、风力发电等分散电源联网备用供电的灵活发供电系统转变，极大地提高建筑物的智能化程度、节能水平和环保效益。
编辑本段对燃料电池的作用质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。
在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏直接影响电池的使用寿命。
质子交换膜迄今最常用的质子交换膜（PEMFC）仍然是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，目前PEMFC大多采用Nafion质子交换等全氟磺酸膜，国内装配PEMFC所用的PEM主要依靠进口。
但Nafion质子交换类膜仍存在下述缺点：(1)制作困难、成本高，全氟物质的合成和磺化都非常困难，而且在成膜过程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解，使得成膜困难，导致成本较高；(2)对温度和含水量要求高，Nafion系列膜的最佳工作温度为70～90℃，超过此温度会使其含水量急剧降低，导电性迅速下降，阻碍了通过适当提高工作温度来提高电极反应速度和克服催化剂中毒的难题；(3)某些碳氢化合物，如甲醇等，渗透率较高，不适合用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜。
Nafion膜的价格在600美元每平方米左右，相当于120美元每千瓦（单位电池电压为0.65V）。
在燃料电池系统中，膜的成本几乎占总成本的20%~30%。
为尽早实现燃料电池的商业化应用，降低质子交换膜的价格迫在眉睫。
加拿大的巴拉德公司在质子交换膜领域做了后来居上的工作，使人们看到了交换膜商业化的希望。
据研究计划报道，其第三代质子交换膜BAM3G，是部分氟化的磺酸型质子交换膜，演示寿命已经超过4500h，其价格已经降到50美元每立方米，这相当于10美元每千瓦（单位电池电压为0.65V）。
全球最大质子交换膜燃料电池示范电站在华南理工建成作为电动汽车的一种，燃料电池汽车被认为是人类解决汽车污染问题以及汽车对石油依赖的最佳和最终方案。
这是由于燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，仅排放少量水蒸气，同时其能量转换效率比内燃机高2~3倍。
装有这种电池的汽车只需像加油一样加注氢气，便可继续行驶。
除应用于汽车，燃料电池在交通、军事、通讯等领域均具有广阔的应用前景。
发达国家均投入巨大的人力物力从事这一技术的研发，国内从事燃料电池的研究单位也多达30多家。
这其中就包括华南理工大学。
落户校园的发电站近日，全球最大的质子交换膜燃料电池示范电站落户广州大学城。
它由华南理工大学自己设计、自己建造。
据华南理工有关专家介绍，凭着厚重的工科基础和多学科优势，华南理工大学拿下了2004年粤港关键领域重点突破项目中这一最大的科技项目。
