氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個風口。燃料電池是一種電化學設備，通過與催化劑和氧氣發(fā)生反應，將氫氣轉化成電流（和熱量）。水是唯一的副產(chǎn)品，這使得燃料電池不僅效率高，而且還非常環(huán)保。

根據(jù)轉換過程中使用的電解質(zhì)，共有幾種不同類型的燃料電池。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，英文簡稱PEMFC)已經(jīng)成為用于燃料電池車輛的首選技術。

質(zhì)子交換膜外觀

質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane，PEM)作為氫燃料電池核心部件，其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。氫氣與氧氣進行非燃燒的氧化還原反應，通過催化劑實現(xiàn)電子與離子分離，氫離子可以直接穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路才能到達陰極，電子通過外電路流向陰極時就可產(chǎn)生直流電。

單電池示意圖

單電池結構示意圖,PEM質(zhì)子交換膜

我們通常說的膜電極( Membrane electrode assembly)，MEA主要由氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)、催化層(catalyst layer，CL)和質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane, PEM)組成。

MEA 膜電極實物圖

氣體擴散層GDL 通常由碳基材（例如復寫紙）和微孔層組成。涂有催化劑的膜由覆蓋有兩個催化劑層的質(zhì)子傳導膜組成——該膜通常由全氟化磺酸 (PFSA) 制成。

膜電極工作示意圖

催化劑氧化氫分子并分離電子和質(zhì)子。然后質(zhì)子可以選擇性地通過質(zhì)子交換膜 (PEM) 從陽極移動到陰極，而電子不能通過膜，將被迫通過外部電路，從而產(chǎn)生電流。在此過程中會產(chǎn)生H 2 O 和熱量作為副產(chǎn)品。

根據(jù)氟含量，可以將質(zhì)子交換膜分為全氟質(zhì)子交換膜、部分氟化聚合物質(zhì)子交換膜、非氟聚合物質(zhì)子交換膜、復合質(zhì)子交換膜。其中，由于全氟磺酸樹脂分子主鏈具有聚四氟乙烯（PTFE）結構，因而帶來優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和較高的力學強度；聚合物膜壽命較長，同時由于分子支鏈上存在親水性磺酸基團，具有優(yōu)秀的離子傳導特性。非氟質(zhì)子膜要求比較苛刻的工作環(huán)境，否則將會很快被降解破壞，無法具備全氟磺酸離子膜的優(yōu)異性能。

典型的全氟質(zhì)子交換膜結構示意圖

典型的 PFSA 離聚物基膜的分子結構如圖所示。它由兩個區(qū)域組成，PTFE 主鏈提供化學/機械/熱穩(wěn)定性，親水性全氟醚側帶有參與質(zhì)子傳輸過程的磺酸 (-SO 3 H) 基團。

目前，氫燃料電池中使用的質(zhì)子交換膜大多采用全氟化聚合物材料合成。這種材料具有穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)勢，但開發(fā)和生產(chǎn)難度很大，制造成本過高、售價昂貴，國產(chǎn)化程度低。

燃料電池質(zhì)子膜是一種固體聚合物電解質(zhì)，具有優(yōu)良的耐熱性能、力學性能、電化學性能以及化學穩(wěn)定性能，可在強酸、強堿、強氧化劑介質(zhì)等苛刻條件下使用。質(zhì)子膜制備的燃料電池可廣泛應用于乘用車、商用車、叉車、無人機、備用電源、便攜式發(fā)電機、供家庭和商業(yè)建筑使用的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。燃料電池的質(zhì)子交換膜有哪些廠商呢？我們下次再介紹！

原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦高分子）：氫燃料電池核心：質(zhì)子交換膜的介紹