什么是质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)，采用高分子膜作为固态电解质，具有能量转换率高、低温启动、无电解质泄露等特点，被广泛用于轻型汽车、便携式电源以及小型驱动装置。

PEMFC除了具有燃料电池的一般特点之外，还具有其他突出的优点：工作电流大，比功率高，可达到1kW/kg;使用固体电解质膜，能够有效避免腐蚀问题和电解液泄露;工作温度低，可在-30°C环境下启动;启动速度快，几秒钟内即可实现冷启动;组成简单、结构紧凑、重量小，便于携带;由于没有运动部件，工作噪音低;寿命长等。

PEMFC的工作原理[7]。以H2/O2燃料电池为例，阳极催化层中的氢气发生氧化反应解离成氢离子和电子，其中，产生的电子在电势的作用下经外电路到达阴极，氢离子则经质子交换膜到达阴极，在阴极上，氧气结合氢离子及电子发生还原反应生成水，生成的水通过电极随反应尾气排出。反应方程为：

质子交换膜是PEMFC的核心部件。其作用是：

(1)分隔阳极和阴极，阻止燃料和空气直接混合发生化学反应;

(2)传导质子，质子传导率越高，膜的内阻越小，燃料电池的效率越高;

(3)电子绝缘体，阻止电子在膜内传导，从而使燃料氧化后释放出的电子只能由阳极通过外线路向阴极流动，产生外部电流以供使用。

质子交换膜

质子交换膜(PEM)是PEMFC中的核心部件之一，它和电极一起决定了整个PEMFC的性能、寿命和价格。用于PEMFC的质子交换膜必须满足下述要求[8,9]：

(1)较高的质子传导率(燃料电池工作条件下);

(2)气体或燃料的渗透性低，从而阻隔燃料和氧化剂;

(3)水的电渗系数小;

(4)较好的化学和电化学稳定性;

(5)良好的机械强度;

(6)较低的成本。

到目前为止，人们已经开发出了大量的PEM材料。从膜的结构来看，PEM大致可分为三大类：磺化聚合物膜，复合膜，无机酸掺杂膜。目前研究的PEM材料主要是磺化聚合物电解质，按照聚合物的含氟量可分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜以及非氟质子交换膜等。