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质子交换膜燃料电池（PEMFC）体积小、环境友好、室温下快速启动、能量密度高，是未来氢能时代最理想的动力源。但是，单电池成本高、操作复杂一直是阻碍PEMFC商业化的主要原因。PEMFC的核心组件是膜电极（MEA），优化MEA的结构，改善制备工艺可以有效提高PEMFC性能，降低成本。本文采用涂覆法来制备气体扩散电极（GDE），采用热压法来制备MEA。通过考察不同操作温度和不同操作压力下MEA的性能变化，来评价气体传质与水平衡这两个因素对MEA性能的影响。为了提高气体传质与保持电池内部的水平衡分别在MEA中膜两侧建立微孔层（MPL），也就是MEA的阴极和阳极分别具有“质子交换膜│催化层│微孔层│扩散层”的结构。首先研究了PTFE处理碳纸的方法和工艺，即采用浸渍法对碳纸材料进行疏水化处理，优化出PTFE乳液的浸渍浓度、浸渍时间和灼烧温度、以及最佳PTFE含量。电池最高比功率可以达到0.6W/cm~2，达到实验使用要求。分别采用经疏水处理和未经处理的碳纸制备制备MPL，并组装成单体电池来评价MEA性能，通过SAS软件拟合其电化学参数。实验表明，对未经疏水处理的碳纸，MPL的最佳PTFE含量为40%，最高比功率为0.62W/cm~2；经疏水处理的碳纸，MPL的最佳PTFE含量为30%，最高比功率达到0.63W/cm~2。分别采用碳酸氢铵和硫酸铵两种造孔剂材料来对MPL的孔结构进行优化。分别考察了两种造孔剂的含量对MPL孔结构以及MEA的性能影响，并优化出最佳用量。结果表明硫酸铵m:颗粒碳m为1:1时性能最佳，电池最高比功率可以达0.68W/cm~2。本文在催化层中也添加造孔剂，并优化出最佳造孔剂载量。结果表明，造孔剂改善了催化层的孔结构，利于反应气体的传输。对容易被淹渍的阴极进行疏水改造，并优化出最佳PTFE载量。本文还研究了不同有机溶剂对催化层孔隙率的影响。采用Malvern Nano ZS型纳米粒度位仪测量Nafion在不同有机溶剂中的粒度分布，使用不同溶剂制备催化层并组装成单体电池考察其性能，结果表明使用异丙醇作为溶剂电池性能最佳。