取决于燃料电池电解质的类型，可将燃料电池分类为六种:质子交换膜（PEM）或聚合物交换膜燃料电池（PEMFCs）、碱性燃料电池（AFCs）、磷酸燃料电池（PAFCs）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFCs）、固态氧化物燃料电池（SOFCs）和直接甲醇燃料电池（DMFCs）。表3-2列出了这些燃料电池正常的运行温度及其电解质的状态。

表3-2　各种燃料电池系统的运行数据

质子交换膜燃料电池

聚合物交换膜燃料电池釆用固态聚合物膜为电解质。该聚合物膜为全氟磺酸膜，也被称为Nafion（美国杜邦公司），是酸性的，因此迁移的离子为氢离子（H＋）或质子。聚合物交换膜燃料电池由纯氢和作为氧化剂的氧或空气一起供给燃料。

聚合物交换膜燃料电池中的催化剂是关键性的焦点所在。在早期实践中，为了燃料电池的特定运行，需要很可观的铂载量。在催化剂技术方面现已取得了巨大进展，使铂载量从28 mg/cm2减少到0.2 mg/cm2。由于燃料电池的低运行温度以及电解质酸性的本质，故应用的催化剂层需要贵金属。因氧的催化还原作用比氢的催化氧化作用更为困难，所以阴极是最关键的电极。

在聚合物交换膜燃料电池中，另一关键性问题是水的管理。为了燃料电池的特定运行，聚合物膜必须保持湿润。事实上，聚合物膜中离子的导电性需要湿度。若聚合物膜过于干燥，就没有足够的酸离子去承载质子；若聚合物膜过于湿润（被浸渍），则扩散层的细孔将被阻断，从而使反应气体不能扩展触及催化剂。

聚合物交换膜燃料电池中最后的关键是其毒化问题。铂催化剂极富活性，因而提供了优异的性能。该催化剂高度活性的制约在于其对一氧化碳和硫的生成物与氧相比有较高的亲合力。毒化效应强烈地约束了催化剂，并阻碍了扩展到其中的氢或氧。由一氧化碳引起的毒化是可逆的，但它增加了成本，且各个燃料电池需要单独处理。

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1960年，第一个聚合物交换膜燃料电池成功开发，并应用于美国载人空间项目中。目前，大部分研究燃料电池应用于汽车的技术来自像巴拉德这样的制造厂商，其产品运行于60℃～100℃，可提供0.35～0.6 W/cm2的功率密度。在其支持电动汽车和混合动力电动汽车的应用中，聚合物交换膜燃料电池具有一些确定的优点。首先，它可低温运行，因此对电动汽车和混合动力电动汽车而言，可期望有快速起动性能。其次，在所有可用的燃料电池类型之中，其功率密度最高。显然，功率密度越高，为满足功率需求所需安装的燃料电池的体积越小。再次，其固态电解质不变化、迁移或从燃料电池中气化。最后，在燃料电池中，因唯一的液体是水，故任何腐蚀的可能性本质上已被界定。然而，它也有某些缺点，例如需要昂贵的贵金属、高价的聚合物膜以及易于毒化催化剂和聚合物膜。