燃料電池是將染料化學能直接轉變為電能的電化學反應裝置，熱電聯機效率可達95%以上，同時還具有無噪聲、綠色環保、可靠性高、易于維護等優勢，被認為是當代最具前景的新型發電技術。質子交換膜燃料電池（PEMFC）利用質子導電材料作為電解質，與普通燃料電池相比，其室溫下啟動速度快，無電解質流失，具有高的比功率與比能量，因而在分散型電站、可移動電源及特種航天等領域獲得了廣泛的應用。質子交換膜（PEM）作為燃料電池的核心材料，其性能的高低直接影響燃料電池的穩定性和耐久性。

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一、質子交換膜的分類

根據氟含量，可以將質子交換膜分為全氟質子交換膜、部分氟化聚合物質子交換膜、非氟聚合物質子交換膜、復合質子交換膜。其中，由于全氟磺酸樹脂分子主鏈具有聚四氟乙烯（PTFE）結構，因而帶來優秀的熱穩定性、化學穩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，具有優秀的離子傳導特性。非氟質子膜要求比較苛刻的工作環境，否則將會很快被降解破壞，無法具備全氟磺酸離子膜的優異性能。這幾類質子交換膜的優缺點如表1所示。

表1 各類質子交換膜優缺點比較

全氟質子交換膜最先實現產業化。全氟類質子交換膜包括普通全氟化質子交換膜、增強型全氟化質子交換膜、高溫復合質子交換膜。普通全氟化質子交換膜的生產主要集中在美國、日本、加拿大和中國，主要品牌包括美國杜邦（Dupont）的Nafion系列膜、陶氏化學公司（Dow）的Dow膜和Xus-B204膜、3M全氟碳酸膜、日本旭化成株式會社Alciplex，日本旭硝子公司Flemion，日本氯工程公司C系列；加拿大Ballard公司BAM系列膜，比利時Solvay公司Solvay系列膜；中國山東東岳集團DF988、DF2801質子交換膜。主要公司與產品如表2所示。

表2 全球質子交換膜企業與產品

20世紀80年代初，加拿大Ballard公司將全氟磺酸質子交換膜用于PEMFC并獲得成功以來，全氟磺酸膜成為現代PEMFC唯一商業化的膜材料普通全氟化質子交換膜。增強型全氟化質子交換膜主要包括PTFE/全氟磺酸復合膜和玻璃纖維/全氟磺酸復合膜。高溫型復合質子交換膜主要包括雜多酸/全氟磺酸復合膜和無機氧化物/全氟磺酸復合膜。全氟磺酸膜的分類詳見表3所示。

表3 全氟磺酸膜的分類