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质子交换膜作为燃料电池的核心部件之一，可以租个阴阳极的气体与阴阳极电催化剂，其二是选择性地对质子传导而对电子绝缘。
实际应用中，质子交换膜需要满足以下几点：
1 具有较高的质子传导能力，质子传导率至少达到0.1S/cm。
2 具有低的电子传导率
3 具有良好的气体阻隔能力，在干态与湿态下同样能保证电池的效率。
4 具有一定程度的化学稳定性，即在PEMFC运行过程中纸质交换膜的结构能够保持稳定
5 具有良好的热稳定性
6 具有较好的机械性能和尺寸稳定性、溶胀率低
7 环境友好，价格低廉
20世纪60年代初，美国通用电气公司成功研制出聚苯甲醛磺酸膜，这也是世界上最早的质子交换膜，但其在干燥条件下易开裂。此后研制的聚苯乙烯磺酸膜（PSSA）在干湿状态下都具有很好的机械稳定性。20世纪60年代美国杜邦公司开发了全氟磺酸（PFSA）膜即Nafion系列产品，正是这种膜的出现，使得燃料电池技术取得了巨大的发展和成就。这种膜化学稳定性很好，在燃料电池中的使用寿命超过57000h。
但是以Nafion系列产品为代表的全氟磺酸质子交换膜仍然存在尺寸稳定性差、价格昂贵、燃料渗透高等问题。因此，针对高性能、高稳定性且廉价的质子交换膜的研究一直在广泛展开。目前在研究的膜主要有：全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜、非氟化质子交换膜、复合质子交换膜。
