质子交换膜（PEM）作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键部件，起到传导质子、分隔燃料和氧化剂的双重功能。PEMFC系统中广泛使用的是全氟磺酸膜，它的昂贵成本是阻碍PEMFC商业化重要因素之一。提高温度和不增湿反应气体操作PEMFC将分别提高电池抗CO能力和简化电池系统。基于微电子机械系统（MEMS）技术的微型燃料电池将有可能实现燃料电池的微型化应用。 本文研究了全氟磺酸膜，再铸Nafion膜，聚苯乙烯磺酸膜降解机理及其复合膜，不增湿操作PEMFC及其在MEMS微型燃料电池中应用。目的是探索PEM制备工艺、降低膜成本、简化电池增湿系统和燃料电池微型化。主要结论如下：厚膜组装PEMFC的极化曲线在低电流密度时就偏离线性，主要是质子传质极化引起；膜的制备工艺相对于膜化学组成、厚度和EW值对电池性能的影响程度要小；溶液—浇铸法制备再铸Nafion膜工艺中，高沸点溶剂置换低沸点溶剂和适当成膜温度是两个最关键因素；Nafion／ZrH（PO₄）_x（SO₄）_y共混膜可以在110℃操作；PSSA膜降解主要发生在电池阴极侧，PSSA-Nafion复合膜作为PEMFC电解质将降低电解质膜成本；微电子机械加工技术可以加工微型燃料电池系统，溅射Cu／Au复合层可作为电流收集器，小尺寸气体流动通道能够改善电池的传质极化，不增湿的MEMS微型燃料电池完全有可能应用作为微功率电源系统。