质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)作为新一代发电技术以及其广阔的应用前景而备受世界关注,但成本和寿命这两大关键技术问题也同时一直在制约着质子交换膜燃料电池全面商业化的发展。而成本问题主要在于质子交换膜燃料电池的核心部件膜电极大量使用贵金属Pt作为催化剂,如何降低Pt载量并同时保证电池的高功率密度成为目前亟待突破的重大技术瓶颈。目前降低Pt载量的方法主要有以下几种:化学法合成与制备Pt合金催化剂和非Pt催化剂。但前者的催化剂结构不稳定,易被腐蚀,最终导致Pt团聚。后者的催化性能很低,而完全无法满足电池正常工况运行的要求。而磁控溅射技术法的溅射Pt载量可控,Pt颗粒分布均匀,可实现超低Pt载量。因此,磁控溅射是目前最有希望实现高功率密度、低Pt载量膜电极的重要技术途径之一。本文主要工作为在具有织构结构形貌微孔层(Micro Porous Layer,MPL)的表面溅射Pt,并将其制备成MEA进行单电池性能测试实验。先后通过溅射参数、溅射Pt载量、喷涂Nafion载量以及MPL形貌优化等一系列实验得到以下结论:1.通过溅射Pt参数的优化实验,并对测试数据进行分析得出:在溅射气压和溅射功率分别为6 Pa和100 W时,催化剂Pt的催化性能最佳,其电化学活性面积和面积比活性等性能参数值都达到最高值,分别为22.8 m~2/g和953.3μA/cm~2。2.通过在商业GDL上直接溅射沉积不同载量的Pt,并进行单电池测试实验证明:在0.04 mg/cm~2的Pt载量情况下,单电池的最高功率密度可达0.54 W/cm~2,Pt的质量比功率也高达13.5 W/mg。低于0.04 mg/cm~2时,单电池性能过低无法满足电池正常运行的性能要求,而高于此载量的情况下Pt的利用率较低,无法起到降低成本的作用,所以选定0.04 mg/cm~2为最佳溅射Pt载量。3.通过在溅射了0.12 mg/cm~2载量的Pt后的商业GDL上喷涂不同载量的Nafion,并进行单电池测试实验证明:在Nafion载量为0.2 mg/cm~2时单电池的最大功率密度、内阻、催化活性面积都达到了最佳值,其值分别为0.95 W/cm~2、5 m?、62 cm~2/mg。大于或者小于0.2 mg/cm~2都会在一定程度上降低电池的性能,所以选定了0.2 mg/cm~2为最佳喷涂Nafion载量。4.使用织网印刷的方式在碳纸表面形成一层具有织构结构的MPL,从而制备成织构GDL,并通过SEM、轮廓仪等测试手段证明了织构GDL的粗糙度确实高于商业GDL。在0.04 mg/cm~2和0.24 mg/cm~2两种高低Pt载量情况下,将织构GDL作为溅射基材的单电池最大功率密度分别为1.05 W/cm~2和1.1 W/cm~2,皆优于商业GDL的电池性能。但只有在低Pt载量的情况下,织构GDL作为溅射基材的单电池的性能才会优于标准Pt/C,高Pt载量的情况下性能反而稍低。