PEMFC即质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)的英文缩写。PEMFC发电在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

　　两电极的反应分别为：

　　阳极(负极)：2H2-4e=4H+

　　阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O

　　注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质子,因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一PEMFC单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。将多个PEMFC单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的PEMFC电堆。

PEMFC构成

　　PEMFC电堆由多个PEMFC 单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成PEMFC电堆。叠合压紧时应确保气体主通道对正以便H2和O2能顺利通达每一单电池。电堆工作时，H2和O2分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

　　PEMFC电堆的核心是MEA组件和双极板。MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。双极板常用石墨板材料制作，具有高密度、高强度，无穿孔性漏气，在高压强下无变形，导电、导热性能优良，与电极相容性好等特点。常用石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。

PEMFC的优点

　　PEMFC具有如下优点：其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以，PEMFC电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。

PEMFC运行原理

　　通常，PEMFC的运行需要一系列辅助设备与之共同构成发电系统。PEMFC发电系统由电堆、氢氧供应系统、水热管理系统、电能变换系统和控制系统等构成。电堆是PEMFC发电系统的核心，PEMFC发电系统运行时，反应气体H2和O2分别通过调压阀、加湿器(加湿、升温)后进入电堆，发生反应产生直流电，经稳压、变换后供给负载。电堆工作时，H2和O2反应产生的水由阴极过量的氧气(空气)流带出。未反应的(过量的)H2和O2流出电堆后，经汽水分离器除水，可经过循环泵重新进入电堆循环使用，在开放空间也可以直接排放到空气中。

PEMFC应用领域

　　PEMFC发电作为新一代发电技术，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美。经过多年的基础研究与应用开发，PEMFC 用作汽车动力的研究已取得实质性进展，微型PEMFC便携电源和小型PEMFC 移动电源已达到产品化程度，中、大功率PEMFC发电系统的研究也取得了一定成果。由于PEMFC发电系统有望成为移动装备电源和重要建筑物备用电源的主要发展方向，因此有许多问题需要进行深入的研究。就备用氢能发电系统而言，除PEMFC单电池、电堆质量、效率和可靠性等基础研究外，其应用研究主要包括适应各种环境需要的发电机集成制造技术， PEMFC发电机电气输出补偿与电力变换技术，PEMFC 发电机并联运行与控制技术，备用氢能发电站制氢与储氢技术，适应环境要求的空气（氧气）供应技术，氢气安全监控与排放技术，氢能发电站基础自动化设备与控制系统开发，建筑物采用PEMFC氢能发电电热联产联供系统，以及PEMFC氢能发电站建设技术等等。采用PEMFC氢能发电将大大提高重要装备及建筑电气系统的供电可靠性，使重要建筑物以市电和备用集中柴油电站供电的方式向市电与中、小型PEMFC发电装置、太阳能发电、风力发电等分散电源联网备用供电的灵活发供电系统转变，极大地提高建筑物的智能化程度、节能水平和环保效益。