燃料电池是一种新型发电装置，它可以直接将储存在燃料中的化学能快速、高效、环保地转化为电能。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)是燃料电池的一种，具有结构紧凑、启动快、效率高、无污染、无噪音等优点，在新能源汽车、航天器、潜艇等领域都有着重要地位。　　双极板和密封垫片是PEMFC的关键部件，其在长期的燃料电池环境下性能会发生老化衰退，并产生金属离子杂质。这些金属离子杂质会污染燃料电池，导致电池性能发生衰减，降低电池使用寿命。因此，金属离子对PEMFC性能影响的研究无论在理论上还是工程上都有着重要意义。　　本文以金属钙离子和镁离子为研究对象，采用试验方法研究其对PEMFC电化学性能影响，本文的主要工作和结论如下:　　(1)试验结果表明，阳极金属Ca2+及其浓度对PEMFC的电化学性能有重要影响。随着金属Ca2+浓度的增加，燃料电池电压和最大功率密度均不断降低，在电流密度为500mA/cm2，相同的污染时间为9小时的条件下，经50、200、500ppmCa2+污染后的电池电压相对于未污染的电池电压分别降低了14％、29％和64％，最大功率密度相对于未污染的电池最大功率密度分别降低了24％、33％和43％。在相同的阳极金属Ca2+浓度下，燃料电池的电化学性能随着污染时间的增加而不断降低。在300mA/cm2的电流密度下，经过500ppmCa2+污染2、9、16h后电压衰减到初始值的94％、87％和78％;污染时间超过20小时后，电池电压衰减到33％，电池最大功率降低为初始的29％。　　(2)阴极金属Ca2+及其浓度对PEMFC的电化学性能影响不显著。这主要是由于阴极气体输入量较大而弱化了金属Ca2+溶液对燃料电池性能影响所致。　　(3)试验结果表明，阳极金属Mg2+及其浓度对PEMFC的电化学性能有着重要影响。随着金属Mg2+浓度的增加，燃料电池电压和最大功率密度均不断降低，在相同电流密度为450mA/cm2，相同的污染时间9小时的条件下，经50、200、500ppmCa2+污染后的电池电压相对于未污染的电池电压分别降低了12％、24％和27％。经50、200、500ppmMg2+污染16小时后的电池最大功率密度相对于未污染的电池最大功率密度分别降低了33％、55％和64％。燃料电池的电化学性能随着污染时间的增加而不断降低。在300 mA/cm2的电流密度下，经过500ppmMg2+污染9、14、20h后电压衰减到初始值的96％、90％和不足29％，污染时间超过20小时后，电池性能急剧降低。　　(4)试验结果表明，在相同的试验条件下Mg2+相对于Ca2+导致了更大的电池性能衰减。经相同浓度500ppmCa2+溶液和Mg2+溶液污染相同时间16h后的PEMFC，在电池电压为0.2V的情况下，被Ca2+溶液污染的电池电流密度衰减了63％，而被Mg2+溶液污染的电池电流密度衰减了70％。　　(5)试验结果表明，阳极金属Ca2+污染燃料电池后，在质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层以及阴极气体扩散层均发现金属Ca元素，在质子交换膜上Ca元素的含量高于其它部件上的含量。燃料电池经阳极500ppmCa2+溶液污染20小时后，在质子交换膜上Ca元素的含量(8％)是阳极催化层上Ca元素的含量(0.3％)的27倍。这结果表明，金属Ca2+溶液污染燃料电池后，金属Ca元素主要存在于质子交换膜上。　　(6) EPMA试验结果表明，阳极金属Ca2+污染燃料电池后，在质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩教层以及阴极气体扩散层均发现金属Ca元素，在质子交换膜上Ca元素的含量高于其它部件上的含量;随着金属Ca2+浓度的增加，质子交换膜上Ca元素的含量也不断增加。这一结果与第四章EDS的试验结果一致。　　(7)金属Ca2+对PEMFC电化学性能损伤机理主要是由于金属Ca2+和质子交换膜中磺酸根基团上的质子发生了离子交换反应而取代质子形成了新磺酸盐结构所致。