前言

面對日益增長的能源需求和緊迫的環境污染問題，開發零/低碳的可再生能源是保障我國能源安全和帶動全產業鏈高質量發展的必然選擇。氫能具備物質和能源雙重屬性，在供電、供熱、交通運輸及長時儲能等方面有著巨大的潛力，是可再生新能源體系中的重要組成部分。作為氫能利用的重要轉化裝置，質子交換膜燃料電池具備效率高、功率密度高、易于啟動等優點，在交通運輸領域具有很大的應用潛力。我國政府在《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》《汽車產業中長期發展規劃》《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》等頂層規劃中指出，要鼓勵并引導氫能燃料電池汽車產業發展。隨著國家燃料電池汽車示范運營城市群的推廣，質子交換膜燃料電池堆技術得到了快速發展。因此，有必要對質子交換膜燃料電池堆的技術發展進行總結歸納，并對有關未來電堆關鍵材料的進階需求及概念設計流程進行預測，以期加快質子交換膜燃料電池商業化的步伐，促進社會逐步進入氫能時代。

本人從1994年開始進行燃料電池相關研究、開發與產業化推進，主要從事燃料電池電堆與系統技術及其過程工程研究。本人承擔或主持了973、863、中國科學院重大科技專項等燃料電池相關課題30余項，2019年牽頭國家重點研發計劃“質子交換膜燃料電池堆可靠性、耐久性及制造工程技術”項目。本人牽頭研發出國內首創的可量產、壽命超過5000h的車用電堆產品，重整燃料電池熱電聯供系統及潛航氫氧燃料電池系統樣機；在燃料電池極板功能結構與材料、膜電極衰退與抑制、陰陽極水熱管理與器件等研究方向，累計發表論文百余篇，授權并有效發明專利90多件。本人的研究成果先后獲得中國汽車工業科技進步特等獎1項，遼寧省科學技術一等獎1項、二等獎2項。基于團隊多年來的研究積累，由本人牽頭撰寫了這部著作。

本書詳細介紹了質子交換膜燃料電池堆涉及的基本知識、原理、方法及改進措施。全書共分為9章：第1章介紹了質子交換膜燃料電池發展歷史、分類、電堆系統結構和各組件功能；第2章～第4章總結了電堆工作原理、性能評價指標和改進策略，以及電堆使用特性和系統匹配需求；第5章～第7章總結了電堆壽命衰退原因與可靠性保障措施，典型故障成因及糾正預防措施，電堆制造工藝與關鍵質量監測措施；第8章和第9章展望了電堆關鍵組件發展趨勢和電堆概念設計新方法、新舉措。

本書是“碳中和交通出版工程·氫能燃料電池動力系統系列”中的一本，在此特別感謝系列圖書組織單位同濟大學新能源汽車工程中心及各合作企業、院校的大力支持和幫助。本書的內容是本人負責的國家重點研發計劃項目及自然科學基金等研究成果的總結，在此對科學技術部、國家自然科學基金委員會和項目參與單位表示衷心的感謝。本書在楊代軍老師、鄭偉波老師和博士后唐富民、李淼協助下完成。博士生李翔、楚天闊、楊炎革、郭玉清、張晶晶、解蒙、萬克創、史啟通、康嘉倫、廉鈺弢、霍然、岳才政、肖燕進行了書稿的校核，在此一并表示感謝。

本書可供可再生能源行業，特別是質子交換膜燃料電池電堆相關的從業人員參考，也可以作為高校能源與工程及相關專業學生的推薦用書。

由于理論與學識水平有限，書中難免存在謬誤與不足之處，敬請讀者批評與指正！

明平文