PEMFC质子交换膜燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/炭或铂铑/炭为点w催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板，PEMFC的核心是膜电极MEA组件和双极板。

    图表1：PEMFC结构

    极板是PEMFC的关键材料之一，其主要功能是为膜电极的组装提供机剂多、并、引导最氧化好剂和用还原研剂流究体均报匀、告平缓且服可控务地分商散到电极表面的反械支撑和强度，解决密封应力的传动问题，收集电流，分隔氧化剂和还原应区域，制造双极板的材料包括石墨、金属和复合材料，理想的双极板材料应当满足以下要求：起集流器作用：双极板材料必须具有高电导率，双极板和气体扩散层之间的接触电阻必须足够低，材料在使用中必须无杂质阳离子浸出；均匀的将氧化剂和还原剂分配到反应区：双极板上面必须设计合理的流道，同时要求材料的水、气密闭性好；构坚固，以便支撑膜电极。

    图表2：双极板

    膜电极组件（MEA）是PEMFC的核心部件，直接影响到燃料电池的成本，膜电极由气体扩散层质子交换膜、催化剂构成，电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，额定工作条件下一节单电池工作电压仅为0.7V。燃料电池大量使用贵金属铂作为催化剂的活性成分，成为燃料电池成本居高不下的重要因素，膜电极占比燃料电池成本的40%左右；电解质膜是一种厚度仅为50~180um的膜片，质子交换膜是燃料电池电解质和电极活性物质(催化剂)的基地，其主要功能是在一定的温度和湿度条件下，具有选择透过性，即只容许H离子(质子)透过，而不容许H2分子及其它离子透过。同时具有适度的含水率，对氧化、还原和水解反应具有稳定性，质子交换膜具有足够高的机械强度和结构强度，以及膜表面适合与催化剂结合等性能。

    全氟磺酸型质子交换膜是已经商品化的燃料电池膜材料，主要有杜邦公司的Nafion膜，陶氏化学的XUS-B204膜，旭化成的Apilex膜，旭硝子的Flemion膜，日本氯工程公司的C膜，Ballard公司的BAM膜；目前广泛使用的是Dupont生产的全氟磺酸膜Nafion膜，其价格昂贵、机械性能差、质子传导率强烈依赖水含量，用于醇类燃料时阻醇渗透性差，对Nafion膜的修饰、改性和研发新型低成本电解质膜是研究的重点。到目前为止，质子交换膜的成本非常高，约600美元/平米，占成本比重约20%-30%；电极由扩散层和催化曾组成，扩散层起支撑作用、气体扩散和集流的作用，由碳纸和防水剂PTEE组成，电极制备方法是铂黑与聚四氟乙烯乳液成三明治结构。

    催化剂：目前制备膜电极的催化剂均为含Pt催化剂，降低Pt用量以有效降低质子交换膜燃料电池的成本是研究的主要方向，DOE制定2了50KW质子交换膜燃料电池电堆阴极催化剂Pt载量降低至0.05mg/cm的长期目w9w标。

    PEMFC可以使用的燃料有氢气、甲烷、甲醇、乙醇，尤其以氢气和甲醇居多。通过甲醇重整制氢用于PEMFC又增加了一道工序造成成本上升，所以直接使用甲醇做燃料的电池应运而生，即DMFC直接甲醇燃料电池，DMFC和PEMFC最大的不同是Nafion膜的甲醇渗透和中间产物CO对催化剂的毒性，会造成燃料利用率下降；固体氧化物燃料电池关键材料包括阳极、阴极、电解质、密封材料以及连结材料等，其中电解质材料是整个SOFC的核心部件，直接影响电池的工作温度、功率输出等。

    SOFC的电解质材料需要低的电子导电和高的离子导电，主要研究的材料包括氧化锆、氧化钪、LSGM等，目前固体氧化物燃料电池中广泛采用掺杂8%的Y2O3的氧化锆电解质。阳极材料在SOFC中的作用是提供与氧离子反应的燃料气体所需的位置并催化氧化燃料气，目前普遍采用Ni-YSZ金属陶瓷作为阳极材料阴极材料主要作用是对氧气的吸附、催化还原和运输，目前SOFC采用锶掺杂的锰酸镧（.LSMz）t钙z钛w矿.型材e料，具有很好的氧还原点催化活性，省去了铂。

    密封材料：高温无机密封材料也是平板式SOFC的关键材料之一，用于组装电池夹层平板结构和双极连接板之间的密封，高温密封材料主要采用玻璃纤维。高耐久性的重要手段，传统SOFC运行温度一般为900-1000度，现在基本采用10um电解质膜和1-2mm厚的金属陶瓷阳极为衬底，电池工作温度为700-800度。

    熔融碳酸盐燃料电池是一种高温燃料电池，工作温度650℃，具有不需要使用贵金属催化剂、可不使用纯H2、热电联产能量转换效率高等优点；熔融碳酸盐燃料电池的电解质为碳酸盐，在650℃温度下具有较强的腐蚀能力，因此阴极和阳极材料必须要能够耐腐蚀，MCFC的阳极通常采用多孔镍电极，阴极则通常采用烧结镍电极。电解质通常采用Li2CO3-K2CO3和Li2CO3-Na2CO3，Li2CO3-K2CO3更容易挥发，因此电池长期运行挥发损失较为严重，逐步被Li2CO3-Na2CO3所替代，电解质板的支持材料一般为γ-LiAlO3。