เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ()ถือเป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการบรรลุจุดสูงสุดของคาร์บอนและความเป็นกลางของคาร์บอน แม้ว่าเซลล์เชื้อเพลิง จะประสบกับทั้งช่วงขาขึ้นและขาลงในช่วงไม่กี่ศตวรรษที่ผ่านมา แต่ในปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการสร้างสังคมที่ยั่งยืนเซลล์เชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิง มีปริมาณ ต่ำกว่าเซลล์เชื้อเพลิงรุ่นก่อนๆ อย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น ปริมาณ ทั้งหมดของเซลล์เชื้อเพลิง รุ่นแรก (2017) ซึ่งเป็นเซลล์เชื้อเพลิง รุ่นแรกที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ อยู่ที่เพียง 0.365 มก. ซม.² ซึ่งลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงรุ่นแรกที่ใช้งานได้จริงในปี 1962 ซึ่งมีปริมาณ อยู่ที่ 35 มก. ซม.² และใช้สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นอิเล็กโทรไลต์ ความก้าวหน้าที่สำคัญของเซลล์เชื้อเพลิง ไม่ได้มาจากการพัฒนาชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังมาจากการแทนที่อิเล็กโทรไลต์สารละลายกรด/เบสแบบดั้งเดิมด้วยเรซินกรดเพอร์ฟลูออโรซัลโฟนิกขั้นสูง (เช่น ) นับตั้งแต่มีการนำเรซินเหล่านี้มาใช้ในช่วงทศวรรษ 1970 วัสดุเหล่านี้ได้พัฒนาโครงสร้างของชุดอิเล็กโทรดเมมเบรน () และกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้อง
เซลล์เชื้อเพลิง ค่อยๆ พัฒนาการใช้งานเชิงพาณิชย์ เช่น เป็นแหล่งพลังงานสำหรับยานพาหนะ บริษัทต่างๆ เช่น โตโยต้า ฮุนได และฮอนด้า ได้เปิดตัวรถยนต์พลังงานเซลล์เชื้อเพลิงสู่ตลาด อย่างไรก็ตามเซลล์เชื้อเพลิง ปัจจุบันกำลังเผชิญกับการแข่งขันจากเครื่องยนต์สันดาปภายในและแบตเตอรี่ เนื่องมาจากต้นทุนที่สูงและอายุการใช้งานที่สั้นกว่าเป็นหลัก เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ การพัฒนาขั้นสูงของวัสดุและเทคโนโลยีการผลิตจึงมีความจำเป็น ความก้าวหน้านี้ต้องอาศัยความร่วมมืออย่างใกล้ชิดระหว่างธุรกิจ มหาวิทยาลัย สถาบันวิจัย ลูกค้า และรัฐบาล ในกระบวนการนี้ การวิจัยพื้นฐานควรเน้นที่การพัฒนา ที่มีประสิทธิภาพสูงและคงทน ในขณะที่ความพยายามของภาคอุตสาหกรรมควรพิจารณาขยายขนาดการผลิตวัสดุและส่วนประกอบที่สำคัญ ปัจจุบัน ส่วนประกอบของ รวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยา ไอโอโนเมอร์ เมมเบรน และชั้นการแพร่กระจายก๊าซ () ได้รับการนำไปใช้ในการผลิตภาคอุตสาหกรรมอย่างประสบความสำเร็จ อย่างไรก็ตาม การรวมวัสดุเหล่านี้เข้ากับ มักส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก ชุมชนด้านเทคนิคได้ให้ความสำคัญอย่างมากกับความเข้ากันได้ของส่วนประกอบและได้พัฒนากระบวนการผลิต ที่ได้รับการปรับปรุงโดยยึดตามความเข้าใจนี้
2. ความก้าวหน้าล่าสุดในวัสดุหลักสำหรับอิเล็กโทรดเมมเบรน
เป็นแหล่งหลักสำหรับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีและมีบทบาทสำคัญในเซลล์เชื้อเพลิง โดยทั่วไป ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 6 ส่วน ได้แก่ ตัวเร่งปฏิกิริยา ไอโอโนเมอร์ เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ชั้นการแพร่กระจายของก๊าซ () กาว และกรอบ กลไกการทำงานของ แสดงไว้ในรูปภาพ พลังงานไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นจากปฏิกิริยารีดอกซ์อิสระที่เกิดขึ้นที่ขั้วบวกและขั้วลบ ดังนั้น การศึกษาจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยารีดอกซ์เหล่านี้จึงมีความจำเป็น ซึ่งต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพเพื่อเร่งจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา โดยทั่วไป ตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำงานในชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งอยู่ระหว่าง และ เพื่อให้สามารถถ่ายโอนโปรตอนในชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาและเพิ่มความแข็งแรงเชิงกล จึงจำเป็นต้องใช้ไอโอโนเมอร์ที่มีคุณสมบัติในการนำโปรตอน องค์ประกอบของไอโอโนเมอร์มักจะตรงกับองค์ประกอบของเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ช่วยให้ถ่ายโอนโปรตอนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบได้อย่างรวดเร็วในขณะที่ป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนและออกซิเจนข้ามกันระหว่างการทำงาน นอกจากนี้ แบบไม่ชอบน้ำทั้งสองด้านยังมีความสำคัญต่อการกระจายก๊าซและการกำจัดความชื้นส่วนเกิน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดการน้ำในเซลล์เชื้อเพลิง วัสดุเหล่านี้เป็นแกนหลักของ
