前言

面对日益增长的能源需求和紧迫的环境污染问题，开发零/低碳的可再生能源是保障我国能源安全和带动全产业链高质量发展的必然选择。氢能具备物质和能源双重属性，在供电、供热、交通运输及长时储能等方面有着巨大的潜力，是可再生新能源体系中的重要组成部分。作为氢能利用的重要转化装置，质子交换膜燃料电池具备效率高、功率密度高、易于启动等优点，在交通运输领域具有很大的应用潜力。我国政府在《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》《汽车产业中长期发展规划》《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》等顶层规划中指出，要鼓励并引导氢能燃料电池汽车产业发展。随着国家燃料电池汽车示范运营城市群的推广，质子交换膜燃料电池堆技术得到了快速发展。因此，有必要对质子交换膜燃料电池堆的技术发展进行总结归纳，并对有关未来电堆关键材料的进阶需求及概念设计流程进行预测，以期加快质子交换膜燃料电池商业化的步伐，促进社会逐步进入氢能时代。

本人从1994年开始进行燃料电池相关研究、开发与产业化推进，主要从事燃料电池电堆与系统技术及其过程工程研究。本人承担或主持了973、863、中国科学院重大科技专项等燃料电池相关课题30余项，2019年牵头国家重点研发计划“质子交换膜燃料电池堆可靠性、耐久性及制造工程技术”项目。本人牵头研发出国内首创的可量产、寿命超过5000h的车用电堆产品，重整燃料电池热电联供系统及潜航氢氧燃料电池系统样机；在燃料电池极板功能结构与材料、膜电极衰退与抑制、阴阳极水热管理与器件等研究方向，累计发表论文百余篇，授权并有效发明专利90多件。本人的研究成果先后获得中国汽车工业科技进步特等奖1项，辽宁省科学技术一等奖1项、二等奖2项。基于团队多年来的研究积累，由本人牵头撰写了这部著作。

本书详细介绍了质子交换膜燃料电池堆涉及的基本知识、原理、方法及改进措施。全书共分为9章：第1章介绍了质子交换膜燃料电池发展历史、分类、电堆系统结构和各组件功能；第2章～第4章总结了电堆工作原理、性能评价指标和改进策略，以及电堆使用特性和系统匹配需求；第5章～第7章总结了电堆寿命衰退原因与可靠性保障措施，典型故障成因及纠正预防措施，电堆制造工艺与关键质量监测措施；第8章和第9章展望了电堆关键组件发展趋势和电堆概念设计新方法、新举措。

本书是“碳中和交通出版工程·氢能燃料电池动力系统系列”中的一本，在此特别感谢系列图书组织单位同济大学新能源汽车工程中心及各合作企业、院校的大力支持和帮助。本书的内容是本人负责的国家重点研发计划项目及自然科学基金等研究成果的总结，在此对科学技术部、国家自然科学基金委员会和项目参与单位表示衷心的感谢。本书在杨代军老师、郑伟波老师和博士后唐富民、李淼协助下完成。博士生李翔、楚天阔、杨炎革、郭玉清、张晶晶、解蒙、万克创、史启通、康嘉伦、廉钰弢、霍然、岳才政、肖燕进行了书稿的校核，在此一并表示感谢。

本书可供可再生能源行业，特别是质子交换膜燃料电池电堆相关的从业人员参考，也可以作为高校能源与工程及相关专业学生的推荐用书。

由于理论与学识水平有限，书中难免存在谬误与不足之处，敬请读者批评与指正！

明平文