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質子交換膜（PEM）的技術特點
來源：
發布時間：2025-09-04
主要功能是在電場作用下高效傳導質子（H?），通常要求質子傳導率達到0.01 S/cm以上，且需在一定濕度下保持傳導能力（全氟磺酸膜需濕度輔助，部分新型膜可在低濕度下工作）。
需耐受燃料電池運行中產生的強氧化環境（如雙氧水、自由基）和酸堿腐蝕，長期使用（數千小時）后性能衰減率低，尤其全氟類膜化學穩定性突出。
需有效阻止氫氣（陽極）和氧氣（陰極）交叉滲透，避免氣體混合導致效率下降或安全風險，膜的致密結構是關鍵（如全氟磺酸樹脂的結晶區與無定形區協同作用）。質子傳導依賴水分子形成“質子通道”，但含水率過高可能導致膜溶脹變形，過低則傳導率下降，因此需在濕度敏感性與穩定性間平衡（部分改性膜可降低濕度依賴）。
需具備一定的拉伸強度和耐疲勞性，以承受組裝壓力和長期運行中的干濕循環、溫度循環（通常工作溫度范圍為60-100℃，高溫PEM膜可拓展至120-180℃，適配更高效系統）。
主流材料為全氟磺酸膜（如杜邦Nafion），兼具高傳導性和穩定性，但成本高、高溫下易脫水；新型替代材料包括部分氟化膜、非氟聚合物膜（如芳香族聚合物）、復合膜（添加無機納米粒子增強穩定性）等，側重降低成本或提升高溫低濕性能。
膜厚度逐漸減小（從數十微米向幾微米發展），可降低質子傳導阻力、減少材料用量，但需平衡機械強度和氣體阻隔性，對制備工藝要求極高。
需與電極催化劑層（如Pt/C）形成良好界面接觸，避免界面電阻過大，部分膜通過表面改性（如引入官能團）增強與催化劑的結合力。
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