质子交换膜（Proton Exchange Membrane，简称PEM）是一种在燃料电池和电解槽中广泛应用的关键材料。它在能源转换与储存领域扮演着至关重要的角色。这种薄膜材料能够选择性地传输氢离子（质子），同时有效地阻挡电子和其他气体分子，从而确保电化学反应的高效进行。
质子交换膜的核心功能在于提供一个高效的离子传导路径，同时保持系统的电绝缘性。这种特性使得燃料电池能够在相对较低的温度下运行，通常在80到100摄氏度之间。这样的温度范围不仅降低了对冷却系统的需求，还提高了系统的整体效率和耐用性。
在燃料电池中，质子交换膜位于阳极和阴极之间，形成了一个关键的反应界面。当氢气通过阳极时，会在催化剂的作用下分解成质子和电子。质子通过膜到达阴极，而电子则通过外部电路流动，产生电能。在阴极侧，氧气与质子和电子结合生成水，完成了整个电化学反应过程。
质子交换膜的研发和应用是推动清洁能源技术进步的重要因素之一。随着全球对可持续能源需求的增长，这种材料的技术革新对于提高燃料电池的性能、降低成本以及扩大市场接受度具有重要意义。未来，随着新材料和技术的不断涌现，质子交换膜有望在更多领域发挥其独特的优势，为人类社会的绿色转型贡献力量。
