质子交换膜燃料电池作为一种高效的将化学能转化为可利用的电能的能量转换装置,其具有环境污染小、转化效率较传统热能机高以及启动温度需求低等优点。质子交换膜燃料电池大规模商业化应用的制约因素之一是燃料电池的水管理问题。水管理的目的是保证质子膜和催化层内ionomer电解质充分润湿以减小质子传导阻抗,同时避免多孔传输介质内的“水淹”并阻塞气体的传输。微孔层,作为燃料电池的关键部件之一,其主要功能是实现燃料电池合理的水管理。理想的微孔层可以将燃料电池中的水含量保持在合理的范围之内,使得燃料电池发挥优良的性能。本文采用静电纺丝方法制备了多种类型的电纺微孔层,最终制备的亲疏水复合型双层微孔层在多种工况条件下均具有良好的性能,本文的研究分为两个部分。第一部分为静电纺丝单层微孔层的制备和性能研究。首先,以疏水性的乙炔黑,无水乙醇和PVP为原料,采用静电纺丝技术和后续的热处理技术制备得到了疏水性电纺单层微孔层。其微米级孔径和高孔隙率为燃料电池中的物质传输提供了良好的通道。尽管疏水性电纺单层微孔层的水接触角低于商业微孔层,但其大孔径的孔隙更有利于液态水的排出,这使得在阴极侧装配有疏水性电纺单层微孔层的燃料电池在相对湿度为100%和大电流密度时的性能优于商业微孔层的性能。但是,疏水性电纺单层微孔层的保水能力差使得其在低相对湿度时的性能较差。其次,以亲水性的色素性炭黑,无水乙醇和PVP为原料,采用静电纺丝技术和后续的热处理技术制备得到了亲水性电纺单层微孔层。亲水性电纺单层微孔层的单纤维表面均匀覆盖有亲水性炭黑,这使其表现出了良好的保水能力。当燃料电池在低相对湿度运行时,亲水性电纺单层微孔层表现出了比疏水性电纺单层微孔层更优的性能。这主要是因为在干燥条件下,亲水性电纺单层微孔层将燃料电池内反应所生成的水保留在内部,提高了催化剂层和质子膜的水含量,增大了三相反应面积并降低了质子电阻,从而提升了燃料电池的性能输出。最后,使用PAN和PVP为原料制备了PAN基电纺微孔层。PAN基电纺微孔层的单纤维表面更加光滑,且纤维分布更加致密。虽然PAN基电纺微孔层具有良好的亲水特性,但是其本体电阻过高,从而使得燃料电池运行时的欧姆过电势远高于商业微孔层,使得电池性能表现较差。第二部分为静电纺丝双层微孔层的制备和性能研究。电纺双层微孔层是在疏水性电纺单层纤维膜的表面继续制备亲水性电纺单层纤维膜,后经过热处理制备得到亲疏水复合型双层电纺微孔层。亲水层和疏水层的厚度由纺丝时间控制。在低相对湿度为时,电纺双层微孔层的性能优于疏水性电纺单层微孔层,这是亲水层的保水能力提升了燃料电池中的水含量。但是电纺双层微孔层的性能略低于商业微孔层,经过IR-free后,电纺双层微孔层的性能优于商业微孔层。其原因是电纺双层微孔引入了较高的欧姆阻抗,这与其双层结构相关。本论文进行了多种静电纺丝微孔层的研制,并对其结构特征和燃料电池性能做了系统性研究,为燃料电池更快的商业化应用提供了思路和技术方案。