电解质膜是

PEMFC 的核心部件，它直接影响燃料电池的性能与寿命。1962 年美国杜邦

公司研制成功全氟磺酸型质子交换膜，

1966 年开始用于燃料电池，其商业型号为 Nafion，

至今仍广泛使用。但由于

Nafion 膜成本较高，各国科学家正在研究部分氟化或非氟质子交

换膜。

 

�

　　双极板在

PEMFC 中起着支撑、集流、分割氧化剂与还原剂并引导气体在电池内电极表

面流动的作用，目前广泛采用的是以石墨为材料，在其上加工出引导气体流动的流场，基
本流场形式有蛇形、平行、交指及网格状等。

 

�

　　铂基催化剂是目前性能最好的电极催化剂，为提高利用率，铂以纳米级颗粒形式高分
散地担载到导电、抗腐蚀的担体上，目前广泛采用的担体为乙炔炭黑，比表面积约为
250m2/g，平均粒径为 30nm。  

�

　　

PEMFC 的气体扩散电极由两层构成，一层为起支撑作用的扩散层，另一层为电化学反

应进行的场所催化层。扩散层一般选用炭材如石墨化炭纸或炭布制备，应具备高孔隙率和适
宜的孔分布，不产生腐蚀或降解。根据制备工艺和厚度不同，催化层分为厚层憎水、薄层亲
水及超薄三种类型。

 

�

　　

3.2 测控系统  

�

　　

PEMFC 的工作性能受多种因素（温度、压力等）的影响，为确保 PEMFC 正常运行，

提高其可靠性和有效性，就必须监测各个影响因素。即运用有效的措施来连续监测

PEMFC

运行的关键或重要状态，并对收集到的信息进行必要的分析和处理，以便做到故障预测和
及时诊断，为

PEMFC 管理系统提供依据。目前，进行 PEMFC 测试系统相关方面研究的公

司和机构众多，但仍没有制定出有关

PEMFC 测试的国际标准和相应的标准测试设备，不

过已有实用的测试系统投入使用。加拿大

Hydrogenics 公司的燃料电池测试站（FCATS）、美

国

Arbin 公司的集成燃料电池测试系统（FCTS）是其中的突出代表。  

�

　　

 

　　

4 质子交换膜燃料电池的应用  

�

　　

 

　　质子交换膜燃料电池是目前各种燃料电池中实用程度较高的一类。其优越性不仅限于能
量转换效率高、工作温度低，还体现在其可在较大的电流密度下工作，适宜于较频繁启动的
场合。因此世界各大汽车生产厂商一致看好其在汽车工业中的应用前景，

PEMFC 已成为现

今燃料电池汽车动力的主要发展方向。目前，通用、丰田等世界上知名的汽车公司，都在积
极开发以

PEMFC 系统为动力源的 PEMFC 电动车，曾先后推出各种类型的样车，并进行

PEMFC 电动车队的示范运行。PEMFC 电动车以其优异的性能和环境污染很少等突出特点引
起了人们的普遍关注，甚至被认为将是

21 世纪内燃机汽车最为有力的竞争者。  

�

　　此外，在航空航天特别是无人飞行器领域，以及家庭电源、分散电站、移动电子设备电
源、水下机器人及潜艇不依赖空气推进电源等方面也有广泛应用前景。

 

�

　　

 

　　

5 质子交换膜燃料电池的发展趋势  

�

　　

 

　　在关键部件方面，围绕电解质膜、催化剂及双极板的研究方兴未艾。全氟型磺酸膜价格
昂贵，开发非全氟的廉价质子交换膜是今后的研究方向。近年来，新型质子交换膜的的研究
热点是开发能够在

100

℃以上使用的高温电解质膜。在催化剂方面，研制高性能抗 CO 中毒

电极催化剂是最紧迫的任务，此外，还要寻找非贵金属氮化物或碳化物作为现有铂催化剂
的替代。目前广泛使用的石墨板具有较好的耐腐蚀能力和较高的热导率，但成本较高，加工
难度大，强度、电导率和可回收性均不如金属板。金属板目前急需解决的问题是表面处理，
以提高其耐腐蚀能力。复合材料双极板则结合了纯石墨板和金属板的优点，具有耐腐蚀、体