质子交换膜燃料电池（PEMFC）可以被称作是电解水的“逆”装置。电解水是通过加入外部电源使水发生电解作用，进而产生氢气和氧气；而燃料电池则是利用氢气和氧气发生电化学反应的同时产生水，并在此过程中产生电能。PEMFC有氢电极和氧电极，而质子交换膜在其中用作电解质。
质子交换膜 通用氢能
因此，质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心基础材料之一，电池性能和使用寿命的优劣由PEM的性能决定。换言之，PEM必须具备高质子电导率、良好的热稳定性和化学稳定性好、高机械强度和耐久性等特性，才能保障氢燃料电池的高效稳定工作。
质子交换膜工作原理
质子交换膜的制膜工艺对膜的性能有直接的影响，现在常用的制膜工艺主要分为两种：熔融成膜法和溶液成膜法。
一、熔融成膜法
熔融成膜法又名熔融挤出法，是制备PFSA质子交换膜的最早的方法。首先需要将树脂熔融，然后通过挤出流延或压延的方式将其制成膜，并经过后续的转型处理，最终制得出优质产品。杜邦公司率先采用熔融挤出法实现商业化生产，索尔维公司的Aquivion系列产品也采用类似的工艺，使用短侧链全氟磺酸（PFSA）作为原材料。
这种制备方法的优势在于其厚度均匀、性能优良、生产效率高，且生产过程无需使用溶剂，非常环保，适用于批量制备厚膜。
但是，熔融挤出法存在两个主要缺点。一方面，由于其工艺特点，无法用于生产薄膜，因此无法有效解决PFSA质子膜的成本问题。另一方面，通过挤出成型制成的膜需要进行水解转型才能得到最终产品，这一过程中很难保持膜的平整。由于这些问题一直没有得到很好的解决，因此熔融法的研究和应用正在减少。
二、溶液成膜法
目前，溶液成膜法主流的制备方法。制备过程是将聚合物和改性剂等物质溶解在溶剂中，然后进行浇铸或流延，最后脱除溶剂并干燥成膜。该方法适用于绝大多数树脂体系，容易实现杂化改性和微观结构设计，并且可用于制备超薄膜。
而且，根据后续工艺的不同，溶液成膜法可以进一步分为溶液浇铸法、溶液流延法和溶胶-凝胶法。
1.溶液浇铸法
该方法将聚合物溶液直接浇铸在平整模具中，在适当的温度下，等待溶剂挥发并形成薄膜。这种操作方法简单方便，主要适用于实验室基础研究和商业化前的配方及工艺优化。
2.溶液流延法
该方法是溶液浇铸法的一种拓展延伸，能够进行大规模的连续化生产，因此商业化产品，尤其是PFSA质子交换膜等多采用该方法。
采用溶液流延法，可以通过卷对卷的方式实现连续生产。主要分为三个步骤：树脂溶液转化为膜形溶液，通过溶液流延和烘干成型。相比于熔融挤出法，虽然操作时间更长、流程更为繁琐、还需对溶剂进行回收处理，但能够实现更好的产品性能，且薄膜更薄。
主要生产公司有：美国戈尔Gore-select系列膜、杜邦第二/三代Nafion膜、旭化成Acflex膜、旭硝子Flemion膜、东岳集团等。
3. 溶胶-凝胶法
该方法常用于制备有机-无机复合薄膜，通过溶胶-凝胶过程来实现将无机填充物均匀分散于聚合物基体中。
制备过程是先制备聚合物膜，将其溶胀后放入小分子溶剂中，通过溶胶-凝胶过程，在膜中掺杂无机氧化物，制成有机-无机复合膜。与直接溶液共混制成的膜相比，复合膜性能更优，使用复合膜做成的氢燃料电池，在高达130度的温度下仍能稳定工作，但该方法不能大规模持续生产薄膜。
