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质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有轻便高效、高比功率、高能量转化率、启动温度低和环境友好等优点，是新能源汽车、便携式电子产品的理想电源。
膜电极（MEA）是质子交换膜燃料电池的核心部件，主要由气体扩散层（GDL）、催化层（CL）和质子交换膜（PEM）组成。
PEMFC工作原理示意图
质子交换膜（PEM）是PEMFC的核心部件之一，能传递质子但对电子绝缘，直接影响着燃料电池的性能和使用寿命。性能好的PEM要满足如下条件：1）质子传导能力强；2）力学性能好，不易变形；3）热稳定性和电化学稳定性高。
目前，工业应用的膜材料主要是全氟磺酸膜、非全氟磺酸膜、无氟化质子交换膜等。
1、全氟磺酸膜
以美国杜邦公司的Nafion®系列膜为代表的全氟磺酸膜是有碳主链和带有磺酸基团的醚支链构成，主链具有聚四氟乙烯结构，使分子具有极高的化学稳定性、热稳定性和较高的力学性能，确保了聚合物膜的长使用寿命；支链上磺酸基团具有亲水性，能够吸附水分子，具有优良的离子传导性。
全氟磺酸膜的化学结构
但是，在高温条件下，膜的导电性变差，且成本高、价格昂贵，易发生甲醇渗透。
2、非全氟磺酸膜
为克服全氟磺酸膜价格昂贵、工作温度低等缺陷，研究人员开展了大量新型非全氟磺酸膜的研究，如聚三氟苯乙烯磺酸膜、Ballard公司的BAM3G膜、聚四氟乙烯-六氟丙稀膜等。
BAM质子交换膜结构
非全氟磺酸膜一般体现为主链全氟，这样有利于在燃料电池苛刻的氧化环境下保证质子交换膜具有相应的使用寿命。质子交换基团一般是磺酸基团，按引入的方式不同，部分氟化磺酸型质子交换膜：全氟主链聚合，带有磺酸基的单体接枝到主链上；全氟主链聚合后，单体侧链接枝，最后磺化；磺化单体直接聚合。非全氟磺酸膜明显降低薄膜成本，但电化学性能都不如Nafion® 膜。
3、无氟化质子交换膜
无氟化质子交换膜实质上是碳氢聚合物膜，是质子交换膜发展的趋势，它的主要特点是成本相对于前两者都低、环保安全。其中主要有磺化聚醚酮(SPEK)、磺化聚苯并咪唑(SPBI)、磺化聚芳醚砜(SPAES)、磺化聚酰亚胺(SPI)及磺化聚苯(SPP)等
燃料电池技术的出现和发展，对于缓解环境污染和能源危机具有十分重大的战略意义。质子交换膜作为MEA的核心组件，如何制备高传导率、高稳定性、价格低廉、安全可靠、环境友好的质子交换膜是目前亟待解决的问题。
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