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聚合物电解质膜燃料电池
与其他燃料电池相比，聚合物电解质膜燃料电池(PEM)也被称为质子交换膜燃料电池，具有高功率密度和低重量和体积的优点。聚合物电解质膜燃料电池使用固体聚合物作为电解质和含有铂催化剂的多孔碳电极。
它们只需要氢气，空气中的氧气，还有水操作，不需要腐蚀性液体像一些燃料电池．他们是典型的以纯氢为燃料由储罐或船上的改进型提供。
燃料电池技术的概念
阳极(负极)接收氢气，阴极(正极)收集氧气。燃料电池技术将碳燃料转化为能量的效率是燃烧的两倍。氢是最简单的化学元素(1个质子和1个电子)，它非常丰富清洁如燃料．氢构成了宇宙的90%，是地球表面含量第三多的元素。如此丰富的燃料将提供一个几乎无限的清洁能源成本相对较低。但有一个问题。
在大多数燃料中，氢与其他物质结合，“释放”气体需要能量。在这方面净热值(NCV)在美国，氢的生产成本高于汽油。有人说氢是接近能量中性，这意味着生产它需要同样多的能量当它到达目的地时。
燃料电池的历史
威廉格罗夫爵士，一位威尔士法官和绅士科学家，发明了燃料电池在1839年就提出了这个概念，但这项发明从未付诸实施。这是在内燃机结果很有希望。直到20世纪60年代，燃料电池才在双子座太空计划中投入实际使用。NASA更喜欢这个清洁电源到核能或太阳能。我们选择的碱性燃料电池系统发电并为宇航员生产饮用水。
高燃料电池的材料成本很高禁止商业使用。燃料电池核心(堆栈)是昂贵的，有一个有限的寿命。在内燃机中燃烧化石燃料是最简单的也是利用能源最有效的方法，但它会造成污染。
高成本并没有阻止碱性电池的共同发明人卡尔•考德施将他的汽车改装成碱性电池燃料电池在70年代早期。他把氢罐安装在屋顶上，然后把燃料电池后备箱里还有备用电池。据科德施说，房间足够容纳四个人和一条狗。他在美国俄亥俄州开了多年的车，但唯一的问题是，Kordesch亲自告诉我，这辆车没有通过检查，因为它没有尾管。
聚合物电解质膜燃料电池(PEM)技术
聚合物电解质膜燃料电池的工作温度相对较低，约80°C(176°F)。低温操作使它们能够快速启动(较少的预热时间)，并减少磨损系统组件，从而获得更好的耐久性。然而，它需要一种贵金属催化剂(通常是铂)来分离氢的电子和质子，这增加了系统成本。
铂催化剂对CO中毒也非常敏感，因此有必要使用额外的反应器来减少CO如果氢气是衍生的，燃料气体从酒精或碳氢化合物燃料。这也增加了成本。开发人员目前正在探索更耐CO的铂/钌催化剂。
燃料电池膜
为了得到PEM燃料电池为了运作，需要一个质子交换膜，它将氢离子，质子，从阳极带到阴极，而不传递从氢原子中移走的电子。这些聚合物膜可以将质子通过膜，但对气体是不透水的固体电解质(相对于液体电解质)用于各种电化学应用，通常被称为质子交换膜和/或聚合物电解质膜(PEM)。
在PEM燃料电池和电解槽应用中，聚合物电解质膜被夹在阳极电极和阴极电极之间。在电化学反应中，阳极氧化反应产生质子和电子;阴极上的还原反应将质子和电子与氧化剂结合生成水。为了完成电化学反应，质子交换膜起着催化作用至关重要的将质子通过膜从阳极引导到阴极的角色。质子交换膜还作为分离燃料电池和电解槽中的阳极和阴极反应物的分离器。
燃料电池膜的种类
- 阳离子交换膜(CEM)
- 阴离子交换膜(AEM)
- 双极膜
阳离子和阴离子交换膜的区别是什么?
阳离子交换膜(CEM)通常由具有磺酸位点的氟化聚合物组成，具有优异的离子导电性和热/化学耐久性。目前制造的阴离子交换膜(AEMs)可以利用各种碱性稳定的高分子材料作为宿主材料，并具有各种传导OH-或任何其他阴离子的功能位点。AEMs的热/化学耐久性通常比CEM低。
聚合物电解质膜燃料电池(PEM)燃料电池应用:
PEM燃料电池主要用于运输应用和一些固定应用。由于其快速启动时间，低灵敏度的方向，和良好的功率重量比，PEM燃料电池特别适合用于乘用车，如汽车和公共汽车。
聚合物电解质膜燃料电池(PEM)的缺点
PEM带甲醇重整器的燃料电池—耐co质子交换膜燃料电池系统—车载燃料电池处理器—高密度液体燃料
使用这些的一个重要障碍燃料电池在汽车中储存氢气。大多数由纯氢驱动的燃料电池汽车(fcv)必须将氢以压缩气体的形式储存在车内加压坦克．由于氢的能量密度低，很难在车上储存足够的氢来让汽车在加油之前行驶与汽油动力汽车相同的距离，通常为300-400英里。
人口密度较高液体燃料如甲醇、乙醇、天然气、液化石油气和汽油等，都可以用作燃料，但车辆必须配备车载燃料处理器，将甲醇转化为氢气。这种需求增加了成本和维护。改革者也发布二氧化碳(一种温室气体)，尽管比目前的汽油动力发动机排放的要少。
未来的便携式燃料电池
便携式燃料电池已引起人们的注意，最有前途的发展是直接甲醇燃料电池．这种小型装置制造成本低廉，使用方便，不需要加压氢气。甲醇燃料电池具有良好的电化学性能，可通过喷射液体或更换电池芯的方式进行填充。这样可以在没有停机时间的情况下继续运行。
厂家承认有直接的电池更换为燃料电池几年以后。为了弥补差距，微燃料电池作为一个充电器，为车载电池提供持续的操作．此外，甲醇有毒且易燃，而且乘客可以携带的燃料数量是有限的。2008年，美国交通部发布了一项规定，允许乘客和机组人员携带经批准的燃料电池，该燃料电池装有甲醇电池盒，最多可额外携带两个200毫升的备用电池盒。