质子交换膜，英文：ProtonExchangeMem—brane，缩写PEM，也叫质子膜或离子交换膜，是一种离子选择性透过的分离功能薄膜。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键组件，其作用是分隔燃料和氧化剂、传导质子和绝缘电子，其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命。是离子膜法氯碱制造设备主要部件一电解槽的关键材料，其性能直接决定了氯碱的质量与成本。全氟磺酸膜是质子交换膜主流产品。全氟磺酸膜具有化学稳定性和热稳定性好、电压降低、电导率高、机械强度高等优点，可在强酸、强碱、强氧化剂介质和高温等苛刻条件下使用，是目前质子交换膜燃料电池研制与开发中应用较多的质子交换膜，综合性能是其他膜材料所无法比拟的。质子交换膜不只具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。国内Fumatech膜
双极膜是一种新型离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层和阴离子交换层复合而成，用荷有不同电荷密度、厚度和性能的膜材料在不同的复合条件下，可制成不同性能和用途的双极膜，这些用途较基本的原理是双极膜界面层的水分子在反向加压时的离解(又称双极膜水解离)，即将水分解成氢离子和氢氧根离子。双极膜电渗析就是基于上述的水解离和普通的电渗析原理的基础上发展起来的，它是以双极膜代替普通电渗析的部分阴、阳膜或者在普通电渗析的阴、阳膜之间加上双极膜构成的。双极膜电渗析的较基本应用是从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)，如图所示，料液进入如图所示的三室电渗析膜堆，在直流电场的作用下，盐阴离子(X-)通过阴离子交换膜进入酸室，并与双极膜离解的氢离子生成酸(HX)；而盐阳离子(M+)通过阳离子交换膜进入碱室，在那里与双极膜离解的氢氧根离子形成碱(MOH)。国内Fumatech膜原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。
离子交换膜的性能：机械强度膜的机械强度包括膜的爆破强度和抗拉强度以及抗弯强度和柔韧性能。爆破强度是指膜受到垂直方向的压力时，所能承受的较高压力，采用水压爆破法测定，以单位面积上所受压力表示（MPa），它是表明膜的机械强度的重要指标。抗拉强度是指膜受到平等方向的拉力时，所能宾较高拉力，以单位面积上所受接力表示（MPa）。膜的机械强度主要决定地的化学结构、增强材料等。增强的交联度可提高膜的机械强度，而增设交换容量和含水量会使强度下降。一般使用膜的尖大于0.3MPa。化学性能指膜的耐酸碱、耐溶剂、耐氧化、耐辐照、耐温、耐有机污染等性能。
质子交换膜的双极板主要有石墨集流板、金属双极板、复合型双极板等几种类型。双极板面向电极的表面刻有用于燃料和氧气（空气）流动的沟槽。双极板中间的沟槽是冷却水的通道，用来带走反应生成的余热量，目前，制作双极板的材料通常采用的材料是碳质材料（石墨）、金属材料（表面改性的金属）及金属与碳质的复合材料（炭黑一聚合物合成材料）。目前，质子交换膜燃料电池普遍采用的双极板是石墨板和金属板。石墨双极板有纯石墨双极板和模铸石墨双极板两种形式。纯石墨双极板的制备工艺复杂，价格昂贵，不适于规模生产。非均相离子交换膜由粉末状的离子交换树脂加黏合剂混炼、拉片、加网热压而成。
离子交换膜分均相膜和非均相膜两类，它们可以采用高分子的加工成型方法制造。①均相膜：先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜，然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜内聚合成高分子，再通过化学反应，引入所需的功能基团。均相膜也可以通过单体如甲醛、苯酚、苯酚磺酸等直接聚合得到。②非均相膜：用粒度为200～400目的离子交换树脂和寻常成膜性高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、氟橡胶等充分混合后加工成膜。离子交换膜的化学性能指膜的耐酸碱、耐溶剂、耐氧化、耐辐照、耐温、耐有机污染等性能。国内Fumatech膜
燃料电池装置不含或含有很少的运动部件，工作可靠，较少需要维修，且比传统发电机组安静。国内Fumatech膜
从近两年的文献报道看，对质子交换膜改进方法可采用以下几种方法：（1）有机/无机纳米复合质子交换膜，依靠纳米颗粒尺寸小和比表面积大的特点提高复合膜的保水能力，从而达到扩大质子交换膜燃料电池工作温度范围的目的；（2）对质子交换膜的骨架材料进行改进，针对目前较常用的Nafion®；膜的缺点，或在Nafion®膜基础上改进，或另选用新型骨架材料；（3）对膜的内部结构进行调整，特别是增加其中微孔，以使成膜方便，并解决催化剂中毒的问题。另外，除了这3种改进，现有的许多研究都或多或少的采用了纳米技术，使材料更小，性能更佳。国内Fumatech膜
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