毛桢东，黄丹

（郑州财经学院，河南郑州 450000）

燃料电池是一种把化学能直接转化为电能的装置，由于避免了现有的热机发电过程的热功转换过程，从根本上突破了卡诺循环的热机效率限制[1]。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前发展规模最大的一种燃料电池，具备对环境无污染、能量转换效率及功率密度较高、排放及热辐射低以及噪音污染小等特殊优势。因此，质子交换膜燃料电池市场前景广阔，在小到便携式用电设备、小型固定基站，大到纯电动汽车、航空航天及军事领域，其应用范围不断扩大[2]。

质子交换膜燃料电池中，质子交换膜（PEM）是核心部件，为电池工作提供氢离子通道并隔离两极反应气体。目前，质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用仍面临原材料成本高、电池寿命短两大困扰[3]。因此，研究者们积极转向新材料的开发，以解决这两大问题，该方向也是目前质子交换膜燃料电池领域的研究热点。

1 燃料电池工作原理

如图1所示，电池在工作状态下，膜电极内发生3个过程：（1）气体在扩散层内扩散；（2）催化层内，反应气体完成吸附，继而发生电催化反应；（3）质子交换膜将阳极产生的质子传递到阴极，电子经外电路传导至阴极，二者同氧气发生反应生成水。

图1 质子交换膜燃料电池工作原理（H2/O2）

2 燃料电池过程的质子交换膜应用现状

2.1 PEM的作用和要求

在PEMFC中，PEM是整个电池的核心，其主要有以下4点关键作用：质子传导媒介、电极反应介质、催化剂载体、阴极和阳极反应物隔离物。……