质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心中的核心，因为这种燃料电池就是以这种膜来命名的。

因此，质子交换膜的优劣对燃料电池的性能、寿命、成本有着决定性的影响。

质子交换膜自从发明以来，已经经历了几次大的发展。主要是厚度的降低、加强膜的使用、膜的改性、以及高温膜的开发。

而且，至今这四个方向方兴未艾，还在不断的发展中。

但是，也很明显，这三个方向也都遇到了严重的瓶颈问题，进展并不顺利。

那么，质子交换膜未来5年，10年，甚至20年会发展成什么样子呢？

首先，在厚度方面。

质子交换膜已经从开始的Nafion117的200微米降低到戈尔的8微米。

那么，厚度是否可以继续下降呢？

现在有两个声音，一个是觉得没有必要再下降了，会影响机械性能、寿命、安全性等；另一个是可以继续下降，而且有很多好处。

这里，我们可以尽情畅想，质子交换膜的厚度一直减薄下去，将会发生什么情况？有什么好处？会遇到什么问题？怎么解决这些问题？

如果质子交换膜的厚度一直减薄下去，到底能降低到多厚呢？

8 微米

7 微米

6 微米

5 微米

4 微米

3 微米

2 微米

1 微米

0.5 微米

0.1 微米

……

就像当年的集成电路一样，谁能想到能到现在的5 nm？

当然，质子交换膜的厚度不一定到那么薄，但是至少有很大的想象空间。

那么质子交换膜的厚度到底能降低到多少呢？

可以预估一下：

首先，厚度的极限应该受制于增强膜的孔径大小。最小厚度是10-20倍的孔径。

第二，孔径的极限是多少呢？这个应该受制于质子膜的磺酸团簇的尺寸。磺酸团簇的尺寸在5 nm左右，加上周边的全氟主链至少有10 nm。如果考虑到团簇的连续性，再放大5倍，那么孔径的极限约为50 nm。

这样，质子交换膜的厚度极限大约在0.5 - 1 微米。

更有甚者，如果孔隙继续降低到20 nm，那么质子交换膜的厚度极限降低到0.2 微米也是有可能的。

这种厚度的高分子膜并不太难制备，比如采用静电喷涂法。

当然批量制备肯定是有很大挑战的。

由此可见，增强膜的制备是超薄质子交换膜的核心，可谓：“得增强膜者得天下！”。

然而，国内在这块的受重视程度还很不够，大家往往瞄着成品的质子交换膜。

这部分的基础和应用研究也是核心之一吧。

这种厚度的质子交换膜听着就很科幻。

如果把它放到现有的膜电极中，厚度直接可以忽略，几乎到看不见的程度了，因为催化层的厚度也有10微米左右，而气体扩散层达到200微米左右。

大概是，如果把膜电极比作一个140层的大楼，而超薄质子交换膜相当于1个人的高度。

不过，燃料电池到底最终需要多厚的膜呢？

能做到和是否需要做到是两回事。

欲知厚度，请听下篇分解！