根據氟含量，可以將(jiang)燃料電池質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)分為(wei)全氟質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)、部分氟化(hua)聚合(he)物質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)、非(fei)氟聚合(he)物質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)、復合(he)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)。其中，由(you)于全氟磺(huang)(huang)酸樹脂(zhi)分子(zi)(zi)(zi)主鏈具(ju)(ju)有聚四氟乙烯(PTFE)結構(gou)，因(yin)而帶來(lai)優(you)秀的(de)熱穩(wen)定(ding)性(xing)、化(hua)學穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)較高的(de)力學強度;聚合(he)物膜(mo)壽命較長(chang)，同時(shi)由(you)于分子(zi)(zi)(zi)支(zhi)鏈上(shang)存在親水(shui)性(xing)磺(huang)(huang)酸基團，具(ju)(ju)有優(you)秀的(de)離子(zi)(zi)(zi)傳導特(te)性(xing)。非(fei)氟質(zhi)子(zi)(zi)(zi)膜(mo)要求比較苛(ke)刻的(de)工(gong)作環境，否則將(jiang)會很快被降解破壞，無法具(ju)(ju)備全氟磺(huang)(huang)酸離子(zi)(zi)(zi)膜(mo)的(de)優(you)異性(xing)能。

這幾類燃料(liao)電池(chi)質子交換膜的優缺點如下圖所示：

全氟(fu)(fu)(fu)(fu)燃料電池質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)最先實現產業化(hua)(hua)。全氟(fu)(fu)(fu)(fu)類質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)包括(kuo)普通(tong)全氟(fu)(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)、增(zeng)強(qiang)型(xing)全氟(fu)(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)、高溫復合質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)。普通(tong)全氟(fu)(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)的生產主要(yao)集(ji)中在美國、日本(ben)、加(jia)拿(na)大(da)(da)和(he)中國，主要(yao)品牌包括(kuo)美國杜邦(Dupont)的Nafion系列(lie)膜(mo)(mo)(mo)、陶氏化(hua)(hua)學公(gong)(gong)司(si)(Dow)的Dow膜(mo)(mo)(mo)和(he)Xus-B204膜(mo)(mo)(mo)、3M全氟(fu)(fu)(fu)(fu)碳酸(suan)膜(mo)(mo)(mo)、日本(ben)旭化(hua)(hua)成株式會(hui)社Alciplex，日本(ben)旭硝子公(gong)(gong)司(si)Flemion，日本(ben)氯工程(cheng)公(gong)(gong)司(si)C系列(lie);加(jia)拿(na)大(da)(da)Ballard公(gong)(gong)司(si)BAM系列(lie)膜(mo)(mo)(mo)，比利時Solvay公(gong)(gong)司(si)Solvay系列(lie)膜(mo)(mo)(mo);中國山東(dong)東(dong)岳集(ji)團DF988、DF2801質(zhi)子交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)膜(mo)(mo)(mo)。

20世紀(ji)80年代(dai)(dai)初，加(jia)拿大Ballard公司將全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)磺酸(suan)(suan)(suan)質子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)膜(mo)用于PEMFC并獲得(de)成功以來，全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)磺酸(suan)(suan)(suan)膜(mo)成為(wei)現代(dai)(dai)PEMFC唯(wei)一商業化(hua)的膜(mo)材料普通全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)化(hua)質子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)膜(mo)。增強(qiang)型全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)化(hua)質子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)膜(mo)主(zhu)要包(bao)括(kuo)(kuo)PTFE/全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)磺酸(suan)(suan)(suan)復(fu)合膜(mo)和(he)玻璃纖維/全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)磺酸(suan)(suan)(suan)復(fu)合膜(mo)。高溫型復(fu)合質子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)膜(mo)主(zhu)要包(bao)括(kuo)(kuo)雜(za)多酸(suan)(suan)(suan)/全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)磺酸(suan)(suan)(suan)復(fu)合膜(mo)和(he)無(wu)機氧化(hua)物/全(quan)(quan)(quan)(quan)(quan)氟(fu)(fu)磺酸(suan)(suan)(suan)復(fu)合膜(mo)。

全(quan)氟(fu)磺(huang)酸燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)質子(zi)交換膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)已(yi)經實現(xian)商業化(hua)，成(cheng)為市場上重要(yao)的(de)燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)隔(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料(liao)(liao)。目前(qian)已(yi)經在市面銷售(shou)的(de)全(quan)氟(fu)磺(huang)酸PEM主要(yao)有(you)(you)美國Dupont公司的(de)Nafion系(xi)列(lie)(lie)PEM(Nafion 117、Nafion 115、Nafion 112等)、Dow公司的(de)XUS-B204膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)、比利時Solvay公司的(de)Aquivion膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)、日(ri)本旭化(hua)成(cheng)Alciplex，旭硝子(zi)Flemion，氯工程C系(xi)列(lie)(lie)，加拿(na)大Baliard公司BAM膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)等。Fleminon膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)、Aciplex膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和Nafion膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)相似，都具有(you)(you)較(jiao)長支鏈(lian);XUS-B204膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)含(han)(han)氟(fu)側鏈(lian)較(jiao)短，電導(dao)率獲得顯著提升，但同時合成(cheng)難度和成(cheng)本也大幅提高(gao)，目前(qian)已(yi)經停(ting)產(chan)。Solvay公司解決了這一問題，他們通過(guo)引入更高(gao)含(han)(han)量(liang)的(de)磺(huang)酸根集團來保持膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)內(nei)水(shui)含(han)(han)量(liang)，其(qi)生產(chan)的(de)短支鏈(lian)Aquivion膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)性能已(yi)經超過(guo)Nafion112膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。

目前(qian)市場(chang)應用(yong)最(zui)廣的(de)(de)PEM是(shi)Dupont公司的(de)(de)Nafion膜(mo)(mo)。相比其他燃料電池質子交換膜(mo)(mo)，Nafion膜(mo)(mo)具有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)化(hua)學穩定性(xing)和較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)機(ji)械(xie)強(qiang)度、在高(gao)(gao)濕度的(de)(de)工(gong)作環(huan)境下(xia)(xia)能保持高(gao)(gao)導(dao)電率。目前(qian)商業化(hua)的(de)(de)全(quan)氟磺(huang)酸PEM幾(ji)乎都是(shi)以Nafion結構為基(ji)礎。但膜(mo)(mo)材料對溫(wen)度和含水(shui)量要求較(jiao)高(gao)(gao)(在中高(gao)(gao)溫(wen)度時質子傳導(dao)性(xing)能下(xia)(xia)降嚴重)，用(yong)于直接(jie)甲(jia)(jia)醇燃料電池中時，甲(jia)(jia)醇的(de)(de)滲(shen)透率較(jiao)高(gao)(gao)，制備工(gong)藝難度較(jiao)大(da)(da)。北(bei)京化(hua)工(gong)大(da)(da)學制備出Nafion納(na)米纖維膜(mo)(mo)，成導(dao)電率為Nafion膜(mo)(mo)的(de)(de)5～6倍(bei)，功提(ti)升了Nafion膜(mo)(mo)的(de)(de)性(xing)質。

2.部(bu)分氟化燃料電池質子交換膜(mo)

美國通用(yong)電氣公司(GE)在20世紀60年代就在宇宙飛船上應(ying)(ying)用(yong)了磺化(hua)聚(ju)(ju)苯(ben)(ben)乙(yi)烯質(zhi)子膜的PEM燃料電池。為提高(gao)磺化(hua)聚(ju)(ju)苯(ben)(ben)乙(yi)烯質(zhi)子PEM的性(xing)能，加拿大Ballard公司開發了BAM系列PEM。這是一(yi)種典型(xing)的部分(fen)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)聚(ju)(ju)苯(ben)(ben)乙(yi)烯PEM。其(qi)熱穩定(ding)性(xing)、化(hua)學穩定(ding)性(xing)及(ji)含水率都獲得大幅提升，超過了Nafion117和Dow膜的性(xing)能。同(tong)時(shi)，其(qi)價格(ge)相較(jiao)全(quan)氟(fu)(fu)(fu)型(xing)膜更低(di)，在部分(fen)情況下已經(jing)能替代全(quan)氟(fu)(fu)(fu)磺酸膜。但由于聚(ju)(ju)苯(ben)(ben)乙(yi)烯類PEM分(fen)子量較(jiao)小，機(ji)械強度不(bu)足，一(yi)定(ding)程度上限制了其(qi)廣泛應(ying)(ying)用(yong)。

3.無氟燃料電池(chi)質子(zi)交換膜(mo)

為(wei)了同時(shi)(shi)滿(man)足PEM在(zai)化(hua)學穩(wen)定性(xing)(xing)和(he)機械強(qiang)度雙(shuang)方面的(de)要求，無(wu)氟(fu)PEM一般利用(yong)主鏈上包含苯環結構(gou)的(de)芳香族聚(ju)(ju)合(he)物進行制(zhi)備。磺(huang)(huang)化(hua)芳香聚(ju)(ju)合(he)物主要包括磺(huang)(huang)化(hua)聚(ju)(ju)芳醚(mi)(mi)酮、磺(huang)(huang)化(hua)聚(ju)(ju)硫醚(mi)(mi)砜(feng)(feng)、磺(huang)(huang)化(hua)聚(ju)(ju)醚(mi)(mi)醚(mi)(mi)酮、磺(huang)(huang)化(hua)二(er)氮雜(za)萘聚(ju)(ju)醚(mi)(mi)砜(feng)(feng)酮、磺(huang)(huang)化(hua)聚(ju)(ju)酰亞胺、磺(huang)(huang)化(hua)聚(ju)(ju)苯并咪唑等。這種方式制(zhi)備的(de)PEM的(de)吸水性(xing)(xing)和(he)阻醇性(xing)(xing)明(ming)顯高于(yu)Nafion膜。美國(guo)DAIS公司使用(yong)磺(huang)(huang)化(hua)嵌段型(xing)離子共聚(ju)(ju)物作(zuo)為(wei)PEM原(yuan)材(cai)料，研制(zhi)出(chu)磺(huang)(huang)化(hua)苯乙烯(xi)-丁二(er)烯(xi)/苯乙烯(xi)嵌段共聚(ju)(ju)物膜。將該PEM的(de)磺(huang)(huang)化(hua)度控制(zhi)在(zai)在(zai)50%～60%之間時(shi)(shi)，其電(dian)(dian)導率能(neng)達到Nafion膜的(de)水平;當磺(huang)(huang)化(hua)度大于(yu)60%時(shi)(shi)，能(neng)同時(shi)(shi)獲(huo)得較高的(de)電(dian)(dian)化(hua)學性(xing)(xing)能(neng)與機械強(qiang)度，實(shi)現二(er)者的(de)平衡;60℃下電(dian)(dian)池壽命(ming)達到2500h，室溫壽命(ming)4 000h，有望在(zai)低溫燃料電(dian)(dian)池中應用(yong)。