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乙醇是清洁燃料的添加剂或代用品，然而燃料乙醇因其生产成本过高，限制了它的推广应用。降低其生产成本的瓶颈之一，是乙醇浓度达到95.57%（质量分数，下同）时存在恒沸点，现有的工业化制备高纯度乙醇大都采用传统的分离技术，如共沸精馏法、萃取精馏法和吸附等脱水方法，能耗居高不下。而渗透蒸发膜技术（图2.31）将改革传统工艺路线，从而使生产燃料乙醇的成本大大降低。
将渗透蒸发膜分离技术耦合到传统的燃料乙醇生产工艺中。以93%~95%的乙醇制备99.5%~99.8%的燃料乙醇为例，利用渗透蒸发技术，在脱水步骤即可节约能耗70%以上，预计可以降低成本数百元/t。图2.32为膜法生产燃料乙醇节能新工艺示意图。
图2.31 渗透蒸发膜分离过程示意图
图2.32 膜法燃料乙醇生产工艺
燃料电池（fuel cell）是一种高效、环境友好的发电装置，通常利用氢气作为燃料，与空气中的氧气发生电化学氧化还原反应，将化学能直接转化为电能，排出产物为水。由于燃料电池利用电化学反应将化学能转化为电能，避免传统发电方式的“热能-机械能-电能”转化过程，不受热力学“卡诺循环”限制，使得能量转换效率大幅提升。燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术，可以作为电动汽车、潜艇等的动力源及各种可移动电源。
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFC）是继碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后，发展起来的第五代燃料电池，它除了具有燃料电池的一般特点外，还具有可在室温快速启动、无电解质流失、比功率与比能量高等特点，已经成为当前交通运输用燃料电池技术的主流，被认为是分散电站建设、可移动电源和电动汽车、潜艇的新型候选电源。
卡诺循环 ：由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，由工质（如气体）的两个恒温可逆过程（等温膨胀、等温压缩）和两个绝热可逆过程（绝热膨胀、绝热压缩）构成的一个可逆的热力学循环。
质子交换膜燃料电池的工作原理如图2.33所示，其单体电池中包含膜电极（membrane electrode assembly，MEA）、双极板和密封垫片。膜电极厚度一般小于1 mm，在质子交换膜的两侧分别负载一定量的铂基催化剂，以及导电多孔气体扩散层（多采用碳纤维纸或碳纤维布），构成燃料电池的阳极和阴极。双极板上开有沟槽，凸出部分用于收集电流，凹下部分提供气体流动通道。在电池工作过程，氢气沿双极板的通道向前流动，并扩散进入电极，通过扩散层到达膜电极的催化剂表面。
图2.33 质子交换膜燃料电池技术原理
膜电极内发生的过程为：（1）氢气通过其扩散层扩散至阳极，同时空气中的氧气通过其扩散层扩散至阴极；（2）氢气在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；（3）阳极催化表面发生氧化反应，生成的质子H + 通过质子交换膜传递到阴极；电子经外电路到达阴极催化层表面，同氧气发生还原反应生成水。水与未反应的O 2 一起排出电池，未反应的少量氢气，通常循环回到氢燃料入口再次使用。
电极反应为：
反应物H 2 和O 2 经电化学反应后，产生电流，反应产物为水，反应中产生的热量通过循环方式被冷却剂带出电池。
无论是太阳能、风能为代表的陆上可再生能源发电，还是海洋能发电过程，都存在能量密度波动大、不稳定，在时间与空间上比较分散，难以经济、高效利用等问题。依托以上能量发电的二次能源体系，无论是分布式微型电网系统，还是大规模集中发电与并网系统，都需要对电力质量调控后才能使用。因此，发展电力能源转化与储存装备十分必要，尤其是电化学储能技术。
液流电池（flow battery）是一种利用流动的电解液储存电力能源的装置，它将电能转化为化学能储存在电解质溶液中，适合于大容量储存电能使用。
全钒液流电池的工作原理如图2.34所示，分别以含有V 5+ /V 4+ 和V 2+ /V 3+ 混合价态钒离子的硫酸水溶液作为正极、负极电解液，充电／放电过程电解液在储槽与电堆之间循环流动，通过电化学反应，实现电能和化学能相互转化，完成储能与能量释放循环过程。利用氢离子穿过隔膜后形成电流，与外电路共同构成闭合电路。
图2.34 全钒液流电池工作原理
质子传导膜是全钒液流电池的关键材料，其作用是把流经电堆的正极、负极的电解液隔开，避免电解液中不同价态钒离子直接接触，发生自氧化还原反应导致能量损耗。目前国内已有研发团队采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，成功制备纳米多孔质子传导膜及相关设备，实现质子传导膜的规模化批量制备，大幅提升液流电池经济性能。