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质子交换膜三合一膜电极(Membrane assemble electrode，MEA)是质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane，PEMFC)的核心部件。本文制备了薄层亲水催化层电极和厚层憎水催化层电极并比较了它们的性能，电池极化曲线表明，薄层亲水催化层电极在催化剂载量为0.3 mg/cm2时，与厚层憎水催化层电极催化剂载量为1mg/cm2的电化学性能相当。进一步探讨了压制MEA时热压压力及温度对电池性能的影响，发现在热压压力为5.5～6MPa，热压温度为120℃时MEA结合紧密，电池性能也较好。还用扫描电镜、电池极化曲线、交流阻抗和循环伏安法研究了薄层亲水催化层电极中气体扩散层(GDL)中憎水剂PTFE含量对电池性能的影响，结果表明当PTFE含量为10％时，电池性能最好。研究了薄层催化层电极的催化层中催化剂载量和Nafion含量对电池性能的影响，实验表明催化剂的最佳载量为O.3mgPt/cm2，Nafion的最佳含量为30％。
质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键材料之一。采用先磺化法，本文由含联苯二酚的双二氮杂萘酮与磺化二氟二苯酮在无水碳酸钾催化下缩合脱水制备了磺化聚二氮杂萘醚酮(Sulfonated Poly(phthalazinone ether ketone)，SPPEK))；由双酚芴、磺化二氟苯甲酮与二氟苯甲酮在无水碳酸钾催化下进行三元共聚反应制备了磺化聚芴醚酮(Sulfonged poly(fluomnyl ether ketone)，SPFEK)，这种方法的优点是可以精确的控制磺化的位置和聚合物的磺化度。采用后磺化法，由带取代基的三苯甲烷的磺化聚芳醚与十氟联苯在无水碳酸钾催化下进行聚合反应，再将得到的聚合物用氯磺酸进行磺化得到磺化聚芳醚(Sulfonmed poly(aryl ether)，SPAE)，用该方法合成了部分含氟、磺酸基团远离醚键的聚合物，从而提高了质子交换膜的化学稳定性。本文还进一步研究了它们作为质子交换膜的相关性能，SPPEK、SPFEK、SPAE质子交换膜的离子交换容量EW值分别为490、521、707g/meq时，电导率分别为1.06×10-2s/cm、5.37×10-3s/cm、1.02×10-2s/cm，80℃吸水率分别为46％、4WA、45％。Tg曲线显示它们的磺酸基团的分解温度发生在300℃左右，主链降解发生450℃左右，具有很好的热稳定性。DSC曲线在30～300℃内并未出现玻璃化转变温度。它们还具有较好的机械性能和抗氧化和抗水解性能。电池极化曲线也显示，在整个电流密度范围内，SPPEK和SPAE质子交换膜的电池性能都较Nafion115的好，当电池电压为0.6V，它们的电流密度分别为0.6、0.75、0.5A/cm2。