质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量密度、运行温度低和稳定性能好等优点。为使PEMFC能够早日实现商品化生产,各国科研工作者正在致力于相关材料的研究,力图降低PEMFC成本,提高PEMFC的性能。本文研究了催化层组成对PEMFC性能的影响。制备了不同Nafion载量的膜电极,通过对其性能的研究,优化了催化层中Nafion载量。为了进一步改善膜电极性能,尝试了在催化层中加入PTFE的方法。实验结果表明,加入少量的PTFE能对膜电极内的水分进行调节,使PEMFC在高电流密度时性能得到改善。本文开发了一种制备水管理层(Water Management Layer, WML)的新工艺。该工艺的主要特点是直接形成薄膜状WML,从而摆脱传统WML制备方法以碳纸为基底的限制。研究了该工艺各工艺参数,包括烧结温度、烧结时间、WML薄膜厚度以及组成等对PEMFC性能的影响。用PEMFC单体的电流密度-电压曲线评价了含有WML薄膜的膜电极的极化特性。实验结果表明,含有WML薄膜的膜电极性能与含有涂覆法制备的WML的膜电极性能相近,从而肯定了WML薄膜水管理能力。本文还研究了制备催化层时使用不同有机溶剂对PEMFC性能的影响。通过对三种不同有机溶剂制备的膜电极性能的考察,表明溶剂的介电常数值对膜电极性能有重要的影响,适中的介电常数值对PEMFC性能更有利。