プロトン交換膜（）燃料電池は、"カーボンピークと"カーボンニュートラルを達成するための最も有望な技術の一つです。PEM燃料電池は過去数世紀にわたって浮き沈みを経験してきましたが、現在は持続可能な社会を構築する上で重要な役割を果たしています。今日のPEM燃料電池以前の世代と比較して、プラチナ（）の充填量が大幅に低くなっています。たとえば、最初に商品化されたPEM燃料電池車である第1世代のトヨタミライ燃料電池（2017年）の総Pt充填量はわずか0.365 ⁻²で、1962年の最初の実用的な燃料電池と比較すると大幅に削減されています。1962年の最初の実用的な燃料電池のPt充填量は35 ⁻²で、電解質として水酸化カリウム溶液を使用していました。PEM燃料電池の大きな進歩は、触媒層の開発だけでなく、従来の酸/塩基溶液電解質を高度なパーフルオロスルホン酸樹脂（ナフィオンなど）に置き換えたことによるものです。1970年代に導入されて以来、これらの材料は膜電極アセンブリ（）の構造と関連する製造プロセスを進化させてきました。
PEM燃料電池燃料電池は、自動車の動力源としてなど、徐々に商業的に利用されるようになってきています。トヨタ、ヒュンダイ、ホンダなどの企業が燃料電池車を市場に投入しています。しかし、PEM燃料電池MEAは現在、主にコストが高く寿命が短いことから、内燃機関やバッテリーとの競争に直面しています。これらの課題を克服するには、高度な材料と製造技術の開発が不可欠です。この進歩には、企業、大学、研究機関、顧客、政府の緊密な協力が必要です。このプロセスでは、基礎研究は高性能で耐久性のあるMEAの開発に焦点を当てるべきであり、産業界の取り組みは主要な材料とコンポーネントの生産規模拡大を検討する必要があります。現在、触媒、イオノマー、膜、ガス拡散層（）などのMEAコンポーネントは、工業生産にうまく実装されています。ただし、これらの材料をMEAに統合すると、多くの場合、大幅なパフォーマンスの低下につながります。技術コミュニティはコンポーネントの互換性にかなりの注意を払い、この理解に基づいて改善されたMEA製造プロセスを開発しました。
2. 膜電極用主要材料の最新動向
は電気化学反応の主な場所であり、 燃料電池で中核的な役割を果たします。 は通常、触媒、イオノマー、プロトン交換膜、ガス拡散層 ()、接着剤、フレームの 6 つの主要コンポーネントで構成されます。 の動作メカニズムを図に示します。電気エネルギーは、アノードとカソードで発生する独立した酸化還元反応によって生成されます。したがって、これらの酸化還元反応の速度論を研究することが不可欠であり、反応速度論を加速するには効率的な触媒が必要です。通常、触媒は と の間に位置する触媒層で動作します。触媒層でのプロトン移動を促進し、その機械的強度を高めるには、プロトン伝導特性を持つイオノマーを適用する必要があります。イオノマーの組成は通常、プロトン交換膜の組成と一致しているため、動作中に水素と酸素のクロスオーバーを防ぎながら、アノードからカソードへの迅速なプロトン移動が可能になります。さらに、両側の疎水性 は、ガスの分配と余分な水分の除去に不可欠であり、燃料電池の水分管理に不可欠です。これらの材料は の中核をなしています。
