膜燃料电池
氢能与质子交换膜燃料电池
氢能与质子交换膜燃料电池1. 简介1.1 什么是氢能？氢能是一种清洁能源，广泛被认为是未来能源的重要选择。
它可以通过水电解、化石燃料加氢等方式获得，具有高能量密度和无污染排放的特点。
1.2 什么是质子交换膜燃料电池？质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种基于氢能的能源转换技术。
它通过氢气和氧气的反应产生电能，并以质子交换膜作为电解质传递质子。
2. 原理质子交换膜燃料电池基于化学反应原理实现能源转换。
其主要原理如下：1.氢气在阳极（负极）上催化产生质子和电子：H2 → 2H+ + 2e-2.质子通过质子交换膜传递到阴极（正极）：2H+ → H23.电子在外部回路中流动形成电流，在阴极与氧气反应产生水：2H+ + 1/2O2 + 2e- → H2O4.电子和质子再在阴极上发生还原反应：2H+ + 2e- → H2通过以上反应，氢气和氧气进行电化学反应，产生水和电能，实现能源的转化与利用。
3. 组件质子交换膜燃料电池由以下几个主要组件构成：3.1 质子交换膜质子交换膜位于阳极和阴极之间，是电解质的关键组成部分。
它具有良好的质子导电性和气体隔离性，能够传导质子并阻止氢气和氧气的混合。
3.2 阳极阳极是负极，负责氢气的催化反应，将氢气中的质子和电子分离。
3.3 阴极阴极是正极，负责氧气的还原反应，将质子和电子再次结合形成水。
3.4 氢气供应系统质子交换膜燃料电池需要氢气作为燃料，氢气供应系统用于提供纯净的氢气。
3.5 氧气供应系统质子交换膜燃料电池需要氧气作为氧化剂，氧气供应系统用于提供纯净的氧气。
3.6 冷却系统冷却系统用于控制质子交换膜燃料电池的温度，确保其正常运行。
3.7 控制系统控制系统用于监测和调节质子交换膜燃料电池的运行参数，保证其安全和高效运行。
4. 应用质子交换膜燃料电池具有许多潜在的应用领域，包括但不限于以下几个方面：•交通运输：质子交换膜燃料电池可以用于汽车、公交车、火车等交通工具，实现零排放的清洁能源驱动。
离子交换膜燃料电池技术进展
1.交联聚合物中引入质子交换基团
聚合物基质的改性 商用聚合物膜的改性
聚合物基质的改性
在聚合过程中加入多官能度单体合成交联 聚合物, 然后通过磺化或共混酸性化合物引 入质子交换基团, 最后用溶液浇铸法等常用 的制膜方法制备成膜。这种质子交换膜具 备水凝胶的强吸水性, 在干膜或较低的相对 湿度下仍能保持较高的电导率。交联起到 限制水凝胶过度溶胀的作用, 使其在70 ℃ 以下具有良好的力学强度。
电池方面
质子交换膜 膜电极 催化剂层
气体扩散电极
双极板
扩散层
扩散层一方面提供反应气体、电子流和 排出生成水的通道，另一方面支持催化剂 层网络。一般应用炭纸或炭布制造，厚度 为0.18mm～0.35mm。炭纸、炭布的主要 原料是炭纤维，可分为聚丙烯腈基、沥青 基及粘胶基炭纤维三类。根据制造工艺不 同有普通型、高模量型和高强度型等系列 产品。
质子交换膜
质子交换膜是PEMFC的核心，其性能将直 接影响PEMFC的电池性能，能量效率和使 用寿命。PEMFC中应用最为广泛的质子交 换膜为美国Du Pont公司生产的Nafion全氟 磺酸质子交换膜。
1. Nafion膜的基本骨架是聚 四氟乙烯，一定长度的 主干链上接枝氟化的醚 支链，支链的末端为磺 酸基团。
离子交换膜燃料电池技术 进展
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前言
众所周知，第一代动力系统蒸汽机和 第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再 生的化石能源资源，且造成了严重的环境 污染。人类社会的可持续发展问题正面临 严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着 经济的发展、社会的进步和人口的增长， 全世界的能源消耗在今后20年至少增加一 倍。如果没有新型的能源动力，世界将从 目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解 决经济发展与能源短缺及环境污染之间日 益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续 发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的 任务。
pem质子交换膜燃料电池
pem质子交换膜燃料电池哎，说起质子交换膜燃料电池，大家可能会觉得这名字听起来有点高大上，其实它就像是一个勤奋的“魔法师”，在我们的生活中悄悄地发挥着重要的作用。
想象一下，你的手机、你的汽车，甚至未来的家居设备，都是靠这种“魔法”在运转。
咋回事呢？让我们一起揭开这个神秘的面纱吧。
质子交换膜燃料电池，简称PEMFC，听起来是不是有点复杂？别担心，简单来说，它就是把氢气和氧气变成电的机器。
就像魔法师把草变成金币一样。
氢气在电池的一侧与催化剂反应，产生质子和电子。
质子像小偷一样通过膜跑到另一侧，而电子则在外部电路里跑来跑去，产生电力。
这一过程还会释放出水，哇，真是环保呀，水和电，一箭双雕，听着就让人开心！好吧，聊聊这玩意儿的好处。
它的效率超级高，比传统的燃烧方法要强得多。
这就像你在厨房做饭，用微波炉加热比用锅烧更省时省力。
再说了，PEMFC不排放有害气体，只有清水，这就像是给地球妈妈送去了一份温暖的礼物。
想想看，未来的城市里，汽车排放的全是水，那画面简直美得让人心醉。
但是，咱们也不能只盯着好的一面，得说说挑战。
这个质子交换膜啊，成本可不便宜，尤其是催化剂，通常是铂。
铂啊，那可是个金贵的家伙，想当年几乎是闪闪发光的“奢侈品”。
它对温度和湿度也比较挑剔，太高或太低都可能让它不高兴，甚至罢工。
这就像一位高要求的朋友，得时刻关注他们的情绪状态。
除了这些，咱们也要看看应用场景。
其实PEMFC的用途可广泛了，汽车、无人机、便携式电源，甚至大楼的电力供应都能见到它的身影。
想象一下，未来的汽车不用加油，而是加氢，轻松一按按钮就能出发，车开得飞快，路边的风景一闪而过，简直就是电影里的场景。
再说说未来的发展，这个领域可是日新月异。
随着科技的进步，研究人员们正在努力寻找替代的催化剂，降低成本，增加耐久性。
这就像我们在不断努力提高生活质量，没日没夜地奔波，只为更美好的明天。
现在的许多公司也开始重视这一技术，投入大量资金，研发新一代的燃料电池。
质子交换膜燃料电池
船舶领域的应用
燃料电池船舶
质子交换膜燃料电池可以应用于船舶 领域，为船舶提供清洁、高效的能源 。这种技术有助于减少船舶对传统燃 油的依赖，降低排放对环境的影响。
混合动力船舶
在混合动力船舶中，燃料电池可以与 柴油机等传统动力源相结合域的应用
备用电力设施
无人机领域的应用
无人机电力推进
质子交换膜燃料电池可以为无人机提供持久的电力供应，实现长航时、高效率的 飞行。这种技术有助于无人机在军事侦察、环境监测、物流运输等领域的应用。
无人机通信中继
利用燃料电池供电的无人机可以作为通信中继平台，为地面通信设备提供稳定的 通信链路，尤其在偏远地区和应急通信场景中具有重要应用价值。
材料研究
质子交换膜燃料电池的核心材料是质 子交换膜，其性能对电池性能有着至 关重要的影响。未来质子交换膜材料 的研究将更加注重提高质子传导率、 降低膜电阻、提高稳定性等方面，以 提升电池的效率和寿命。
催化剂研究
催化剂是质子交换膜燃料电池中的重 要组成部分，其性能直接影响电池的 效率和稳定性。未来催化剂的研究将 更加注重提高催化活性、降低贵金属 使用量、提高稳定性等方面，以降低 成本和提高电池性能。
电解质
01
电解质是燃料电池中传递离子的介质，通常为液态或
固态。
02
在质子交换膜燃料电池中，电解质起着传递质子的作
用，使电子在外部电路中流动，产生电流。
03
电解质需要具有良好的离子传导性能和稳定性，以确
保电池性能和寿命。
催化剂
01 催化剂是加速电极反应的物质，通常为金属或金 属合金。
02 在质子交换膜燃料电池中，阳极和阴极上都使用 了催化剂，以加速燃料和氧气的反应速度。
质子交换膜燃料电池应用
质子交换膜燃料电池应用质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种电化学器件，其通过将氢气和氧气化学反应的产物（水）转化为电能来提供电力。
PEMFC具有高效、高能量密度、低排放、环保等优点，因此在近年来被广泛应用于汽车、船舶、军事装备和航空航天等领域。
PEMFC由质子交换膜、阳极和阴极三部分组成。
质子交换膜是PEMFC的核心部件，它连接了两个电极，在电极之间形成了离子通道，使氢气和氧气得以在电极上发生反应。
阳极上氢气被氧化成质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，而电子则通过外部电路流回到阴极。
在阴极上，质子和电子再次结合生成水。
与传统的燃料电池相比，PEMFC具有多种优势。
PEMFC具有高效的电化学反应速率，从而能够输出高功率密度。
由于采用了质子交换膜，PEMFC能够工作在低温下，响应速度更加迅速。
PEMFC不需要氧化剂补偿，不产生污染物和温室气体。
实际应用中，PEMFC作为汽车动力系统的代表已经开始取得了一定的进展。
由于PEMFC 具有高效的转换效率、良好的环保性和低噪音等特点，因此得到了相关领域的广泛认可。
PEMFC具有很高的初始功率，其加速能力和加速储备能力非常优秀，在城市道路上能够快速加速，因此在清洁能源领域具有广泛的应用前景。
PEMFC的实际应用仍然面临一些挑战，主要包括催化剂的高成本、寿命、稳定性和快速失活等问题。
氢气储存和氢气加注技术也需要得到进一步的完善。
使PEMFC的实际应用更加广泛和普及化需要各种领域的专家不断优化PEMFC的材料和技术，从而实现成本的降低和寿命的延长。
PEMFC作为清洁能源领域的重要技术之一，在未来几年内将得到不断的完善和发展，其在交通、军事、航空航天等领域的应用前景十分广阔。
PEMFC技术的发展需要通过材料、工艺等多个方面的改进来实现。
催化剂材料是影响PEMFC性能的关键因素之一。
目前，大多数PEMFC中使用的催化剂是铂及其合金，但铂是一种稀有金属，价格昂贵，制约了PEMFC的大规模商业化应用。
质子交换膜燃料电池的原理
质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池，这个名字听起来是不是有点复杂？别担心，让我们一起来聊聊它的原理，轻松愉快，绝对不枯燥！想象一下你正在喝一杯新鲜的果汁，鲜甜可口，简直让人忍不住多喝几口。
这种燃料电池其实就像那杯果汁，充满了能量。
它的工作原理很简单，实际上就是利用氢和氧的反应来产生电力，简直就像是化学魔法！氢气一旦被引入，哗啦一声，它就会和氧气在膜的另一侧发生神奇的反应。
哎，这个质子交换膜可不是一般的膜，它就像一个超级守门员，只允许氢离子通过，其他的可都进不来。
氢气的分子在阳极这边，经过催化剂的作用，哗哗地分解成氢离子和电子。
那些电子可调皮了，没法通过膜，反而乖乖地跑去外部电路，产生了电流。
而氢离子呢，趁机穿过质子交换膜，到了阴极那边。
就在那儿，氢离子和氧气又相遇了，哇，化学反应发生了，水和热量随之而来，这种感觉就像是做了一道美味的菜肴，饱含了能量！说到这里，或许你会想，为什么要用这种燃料电池呢？答案很简单！它的“排放”只有水，真的是干净得不能再干净了。
想象一下，开着这种车在街上行驶，旁边的人都在问：“哇，你这车怎么不冒烟啊？”这时候你就可以得意地告诉他们：“这可是质子交换膜燃料电池的功劳！”这让环保达人们简直要拍手叫好。
不过，事情也不是那么简单。
尽管燃料电池好处多多，但在氢气的储存和运输上，还是得小心谨慎。
毕竟，氢气可是个爱冒险的小家伙，随时都有可能变得不稳定。
我们得好好设计储存系统，让它安全、可靠。
就像你珍藏的那瓶老酒，得放在合适的地方，才能保持它的美味。
再说了，这种燃料电池的效率也是个值得关注的话题。
它能将氢气的化学能转化为电能，效率可以达到70%甚至更高，这简直让传统的内燃机自愧不如！所以，你说它是不是未来的“新星”？我觉得它绝对有潜力成为清洁能源的“领头羊”。
随着科技的发展，制造质子交换膜的材料也在不断进步。
以前可能要用昂贵的材料，现在研究人员正在努力找到更便宜、更环保的替代品。
电化学里的膜归纳总结
电化学里的膜归纳总结电化学是研究化学反应中电子转移的科学，它在能源转换、储存以及电化学合成等领域具有广泛的应用。
而膜在电化学中起着重要的作用，可以用于分离物质、电子传输以及防止电解质的混合等方面。
本文将就电化学中的膜进行归纳总结，通过分析不同种类的膜以及它们的应用来探讨其在电化学中的重要性。
第一部分：电化学膜的概述在电化学中，膜是用于分隔电极的介质。
它可以是实心的或带有孔隙结构的，其选择取决于特定的应用。
电化学膜通常由聚合物、陶瓷或复合材料制成。
下面将介绍几种常见的电化学膜。
1. 离子交换膜离子交换膜是一种具有离子选择性的膜，可以分隔电解质溶液中的正负离子。
其主要应用领域包括燃料电池、电解水制氢、电解池等。
离子交换膜具有高离子选择性、较高的电导率以及良好的化学稳定性。
2. 渗透膜渗透膜是一种半透膜，它可以允许某些物质通过而阻挡其他物质的传输。
在电化学中，渗透膜主要用于分离溶液中的溶质或纯化流体。
例如，逆渗透膜可以用于海水淡化和废水处理，通过迫使溶液通过膜，使纯净水从流体中分离出来。
3. 导电膜导电膜是一种能够传导电子和离子的膜。
它广泛应用于电化学合成和电池等领域。
导电膜可以提供有效的电子传输通道，并阻隔电解液的混合。
第二部分：应用案例1. 燃料电池膜燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的设备。
其中的质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用离子交换膜作为质子的传导介质。
该膜具有良好的质子选择性，能够将氢离子从阴极传输到阳极，并在导电膜上通过电子传输来完成电路。
2. 锂离子电池隔膜锂离子电池是目前广泛应用于电子设备和电动汽车等领域的高性能电池。
其中的锂离子在阳极和阴极之间通过隔膜进行传输，从而完成电荷的平衡。
隔膜应具有较高的离子传输速率、较低的电阻和较好的化学稳定性等特性。
3. 水电解水电解是将水分解为氢气和氧气的过程。
离子交换膜在水电解中起着重要作用，它可以实现氢离子和氧离子的传输，同时防止气体的混合。
质子交换膜燃料电池工作模式
质子交换膜燃料电池工作模式质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种高效、环保的能量转换装置，它通过氢气与氧气在电催化剂的作用下发生电化学反应，直接将化学能转化为电能。
PEMFC具有能量密度高、工作温度低、启动快和寿命长等优点，被广泛应用于交通运输、便携式电源和固定式发电等领域。
PEMFC的工作模式可以分为以下几个步骤：1. 氢气供应：纯氢气或富含氢的气体通过管道输送到燃料电池的阳极（负极）。
2. 氢气氧化反应：在阳极侧，氢气分子H2在催化剂的作用下分解为质子（H+）和电子（e-）。
这个过程称为氢气氧化反应（Hydrogen Oxidation Reaction，HOR）。
产生的电子经过外部电路流向电池的阴极（正极），形成电流，而质子则通过质子交换膜迁移到阴极。
3. 氧气还原反应：同时，氧气或空气被输送到燃料电池的阴极。
在阴极侧，氧气分子O2与迁移到该处的质子和电子结合，在催化剂的作用下发生还原反应，生成水（H2O）。
这个过程称为氧气还原反应（Oxygen Reduction Reaction，ORR）。
4. 电子流动和电能产生：随着电子从阳极流向阴极，它们在外部电路中产生了电流，可以驱动电动机或其他电子设备。
由于电子是从阳极流向阴极，所以外部电路中的电流方向是从阴极流向阳极。
5. 热管理：燃料电池在工作时会产生热量，需要有效的热管理系统来维持电池的温度在适宜范围内。
6. 水管理：由于反应生成水，需要有效的水管理系统来确保膜的湿润和防止水泛滥。
7. 尾气排放：阴极的过量空气和生成的水蒸气通常作为尾气排出。
PEMFC的工作原理基于两个半反应：阳极的氢气氧化和阴极的氧气还原。
整个反应过程可以表示为：[ text{阳极反应：} H_2 → 2H^+ + 2e^][ text{阴极反应：} frac{1}{2}O_2 + 2H^+ + 2e^→ H_2O ] [ text{总反应：} H_2 + frac{1}{2}O_2 → H_2O ]这个过程中，除了电能外，唯一的副产品是水，因此PEMFC被认为是一种环境友好的能源转换技术。
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质子交换面临的挑战和未来的发展膜燃料电池Kamaruzzaman Sopian a，万拉马湾达乌德b a马来西亚国民大学机械与材料学院，43600 UKM班吉，马来西亚雪兰莪州Darul Ehsan，b化学和工艺工程系，工程学院，马来西亚国民大学，43600 UKM班吉，马来西亚，吉隆坡和雪兰莪州Darul Ehsan可用的在线二零零五年十月十七日摘要燃料电池系统是一种先进的功率系统，在未来是可持续，清洁和环保的。
作为未来的电力系统的燃料电池的重要性，其解决了在未来的化石燃料光消耗，温室气体排放控制即将到来的国际法律和国家可再生能源政策。
在过去的20年中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）的现代发展简要的评估了国际的现状和国家研究和发展类型的建立。
审查报告还讨论了剩余的研究和发展问题仍然需要解决的问题之前，这些燃料电池的商业应用。
质子交换膜燃料电池的研究和开发的主要推力是降低燃料电池的成本，减少膜和电极的成本。
虽然欧洲，美国，加拿大和日本领先的燃料电池的研究和作为商业化的发展，马来西亚掌握这门技术，将其应用到在未来的利基市场是不是太晚了。
©2005年爱思唯尔有限公司保留所有权利关键词：聚合物电解质膜燃料电池的研究和发展趋势;双极板;系统设计;商业化的问题和挑战1 介绍威廉·格罗夫爵士于1843年发明了第一个工作燃料电池，由氧气和氢气在不同电极反应，并使用电流的细胞产生的电解水到另一个类似的细胞。
燃料电池技术过于粗糙，效率低下，无法与冯·西门子发明的发电机竞争。
自那以后，有很多努力来应用它但超过100年却没有一个很成功的。
在20世纪20年代，早期的德国燃料电池研究开发的原始碳酸盐和固体氧化物燃料电池，1932年至1959年，弗朗西斯T.培根开发使用的燃料电池用碱性电解质和镍电极[1]。
直到一个更高效的设计的燃料电池是1960年代的双子座和阿波罗太空任务,燃料电池技术逐渐成熟。
通用电气生产燃料电池动力电源系统为NASA的双子座和阿波罗太空胶囊还提供了饮用水的船员。
在燃料电池技术的发展中，美国航空航天局资助超过200个研究合同，终于带来了技术水平，现在更可用于商业化。
化石燃料的储量是有限的，在70-150年的时间将被耗尽。
到2015年，世界化石液体燃料的需求将超过世界化石液体燃料生产（图1），除非一个可持续的替代燃料将可以解决沉淀的能源短缺危机，不然还将面临能源短缺的危机在2015年[2]。
此外，继续使用化石燃料会产生温室气体的排放，这将导致全球变暖和气候变化。
俄罗斯共和国批准的规定减少温室气体排放的―京都议定书‖，目前已成为具有约束力的国际法时。
太阳能和氢能也可以用,但以较低的总容量。
贡献中的太阳能和氢能源将增长在未来的需求之间的差额和生产能源增长。
而氢动力内燃引擎将继续被使用在短期内,燃料电池将逐渐被引入了第一个在hybridpower系统但最终在长期在氢能源系统在出现所谓的氢经济。
2 燃料电池如图2所示的燃料电池是一个电化学能量转换装置转换的化学能转化为电能和热的氢气和氧气的电化学氧化还原在阳极和阴极的电池，分别产生水作为唯一的反应在副产品。
它是化工生产能源的方式。
燃料电池具有高的能量转换效率超过40％-50％，是高于烧煤电站或内燃机。
它没有移动部件除了空气和燃料鼓风机，因此更可靠和噪音小，具有较低的维护成本使用寿命长比一个同等燃煤电站或内部内燃机。
它的模块化设计紧凑使消费者增加或decreasepower通过简单地添加或删除模块所需的功率，而无需重新设计和改造整个工厂。
它是一个清洁技术,因此,具有非常低的化学污染。
它可以用纯氢燃料或各种初级燃料如天然气、甲醇,可以直接使用或用于生产氢燃料相反。
在一个高温燃料电池,暖气和电力组合会增加其效率。
有六个主要类型的燃料电池的商业上的重要性：碱性燃料电池（AFC），磷酸燃料电池（PAFC），熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），固体氧化物燃料电池（SOFC），固体高分子电解质膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）。
表1显示出了它们暂时的特征，优点和缺点。
3 质子交换膜燃料电池的研究发展趋势质子交换膜燃料电池（PEMFC）是相当，坚固耐用，清洁，高效的能量转换装置，用于交通中的应用[3,4]。
质子交换膜燃料电池的资金成本最初用于在空间中，2000美元/千瓦是太昂贵，地面应用必须减少，以使其更具有竞争力。
降低成本是定向的优先顺序，高分子电解质膜和催化剂电极（膜电极组件，MEA），燃料电池堆，燃料电池用的处理器，电源调节器和空气供给系统[5-7]。
3.1 膜降低成本膜成本的减少，可以通过使用非氟化聚合物电解质，用更便宜的磺化聚合物的骨干实现。
磺化聚（醚酮），聚（苯乙烯）及相关材料产生高的质子导电聚合物自由的氟。
嫁接短磺酸终止侧基会增加热稳定性。
广泛的研究已经完成生产便宜的全氟磺酸膜替代杜邦117(8、9)使用商用聚合物膜如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、产生新的电解质膜PFA通过嫁接与苯乙烯和磺酸通过辐照,看起来非常有前途的技术,进一步开发正在提高性能的膜(10、11)。
该研究小组在UKM和朝日化学公司研究替代膜市场上可以买到喜欢Aciplex膜从朝日但发现杜邦的全氟磺酸117仍然是优越的[12,13]。
广泛的测试由朝日在另一个有前途的电解质膜,flemion,显示了它也是一个可行的选择[14]。
3.2 非水合膜目前聚合物电解质膜必须充分水合质子传导为好。
因此在质子交换膜燃料电池系统需要提供一个水管理系统,包括空气和燃料气增湿器和水回收系统。
质子交换膜燃料电池系统的复杂性可能会降低开发的“无水”电解质不需要水化。
它还使质子交换膜燃料电池操作“温暖”的条件下(即超过100 8 c)从而进一步提高其效率。
资本成本还可以进一步降低因为在温暖的条件可以用更少的Pt。
酸碱配合物在强酸的聚合物是耦合到一个高度基本聚合物良好的质子导体无水化。
基本的聚合物如PEO,PVA(聚乙烯醇vinylalchohol)],PAAM[聚(丙烯酰胺)],PVP[聚(乙烯吡咯烷酮)],裴保利(-吖丙啶),聚(aminosilicates)、PBI[聚(苯并咪唑)]结合硫酸、磷酸和各种卤酸也可以使用[15]。
更换水在磺化聚合物通过波动较低离子液体如杂环胺如咪唑(吡唑)和苯并咪唑[16]。
更好的是,离子液体应链接到聚合物骨干以防止丢失的离子液体。
然而,这些非水化膜的性能是一个很长的路。
3.3 低Pt负载量电极降低了铂电极上加载已经成为许多研究的主题[17〜23]。
虽然各种诸如PTFE 粘结的催化剂的电极催化剂层，溅射薄的催化剂层通过溅射法和电沉积已作出[24]，它仍然是更高效和更便宜的使用PTFE结合的催化剂层与气体扩散层。
这是发现低铂电极的扩散层提供更好的性能，比那些后者[25-28]。
基于碳纳米管气体扩散层也正被开发出来。
完全消除的Pt在质子交换膜燃料电池电极可以极大地降低成本。
工党可以换成金属氧化物如混合导电氧化物、含水、无定形FePOx 但研究仍然很低。
3.4 抗CO阳极electrocatatlysts由于铂仍然是最好的电催化剂，使用双功能催化剂，如钌，钼和莱提高其耐低CO性[29]。
否则电氧化的CO，保持强烈吸收力到铂，被催化的氧或吸收羟基种到邻近钌。
然而，双功能催化剂有效的，如果它被布置在一个特定的方式中，但合金的分子被布置在随机的Pt-Bi系的金属间化合物，如，可能有更多的定期和热力学更在这方面已经做了稳定的结构，但没有大量的工作。
3.5 双极板材料双极板的成本可以通过减少用石墨板与复合板块形成按混合导电和不导电的聚合物粉末的减少而降低[30,31]。
非多孔石墨材料双极板是标准的，但石墨双极板制造成本昂贵，因为长时间要求机板使用CNC。
金属双极板已被使用，但解散板由于高酸性环境呈现一个简短的工作寿命。
这个问题可以解决涂层金属板。
涂层双极型金属板，然而，往往由于金属和涂层不平等的打击膨胀系数。
一个变化的金属双极板是多孔金属双极板,这将函数作为一个双极板和一个气体分配器没有进一步形成过程[32]。
金属碳聚合物复合材料更好的无论在材料和制造成本方面。
最合适的聚合物是热塑性塑料，如聚乙烯，聚丙烯和聚（偏二氟乙烯）[33]和热固性树脂，例如penolics，环氧树脂和乙烯基酯。
3.6 栈和双极板设计适当的设计气体流动分布的双极板的内部传质的限制，也是很重要的，以确保质量传递限制减少到最低限度[34,35]。
也被称为流场的分布拓扑包括平行，蛇纹石和叉指以及它们的各种组合[36]。
3.7 质子交换膜燃料电池系统的设计系统设计的燃料电池长期不受重视,只有临近结束的最后十年,本世纪初,更大的努力改进提高了燃料电池系统设计以进一步改善效率[37 39]。
工艺系统中的应用如夹点技术的工程技术现在被应用到燃料电池系统[40]。
燃料电池系统在过程系统工程的一个问题是缺乏良好的模型大多数诸如燃料的燃料电池系统的组件堆叠本身，气体加湿器，压力摆动吸附，膜反应器燃料电池处理器和气体膜分离器。
简单的模型中使用的燃料电池用质子交换膜燃料电池系统的概念设计开发的马斯达尔等。
[41]。
Iyuke等人，2001年提出了一个型号的加湿器[42]，而哈桑等人，2003年发展水管理系统模型的质子交换膜燃料电池系统[43]。
卡马鲁丁等，2003年开发了一个模型中的氢分离CO气体膜分离（表2）[44]。
4 燃料电池系统示范和商业化PAFC的已达到商业化阶段主要为中心固定功率高达11兆瓦。
MCFC和固体氧化物燃料电池已经被证实为固定的中心功率可达250和100千瓦,分别自1990年代后期。
现在进入商业市场在接下来的5年。
虽然已经证明了质子交换膜燃料电池可用户公共汽车,汽车,摩托车,20世纪90年代初以来世界各地的便携式250千瓦发动机组仍有许多未解决的商业化问题尤其是制造业成本。
质子交换膜燃料电池的完全商业化预计在在未来10 - 15年。
表3显示了商业化状态和未来发展趋势的各种燃料电池类型[45]。
在燃料电池的研究，发展和燃料电池商业化（表4）[45]中美国，欧洲，加拿大和日本都处于世界领先地位，。
冰岛已经采取了大胆的一步，在2003年转换为氢经济。
在美国参议院获得通过的氢气未来行为美国准备为未来的氢经济后，美国政府将超过十亿美元用于在未来5年的商业化燃料电池，并准备美国的未来氢经济的基础设施。
5 结论燃料电池技术将是未来氢经济的选择，一定会在我们的化石燃料耗尽时现实。
前三个燃料电池（AFC，PAFC，MCFC）发展良好，有没有更多的研究和开发需要解决的问题。
燃料电池技术的发展，都已经达到了S-曲线上高原科技的发展。
相比之下，在过去的三个类型的燃料电池技术（固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池）仍然发展迅速，处于加速部分S-曲线的创新机会多的是前两种类型的燃料电池可为商业应用。