HT-PEMFC 的运行温度还可分为100~120 ℃和160~180 ℃. 其中100~120 ℃运行的HT-PEMFC 的潜在应用对象是电动汽车, 表2 列出了美国能源部(U.S. DOE)对这类PEM 的技术要求。

用于HT-PEMFC 的改性膜的改性思路比较简单,就是通过掺杂亲水的或(和)导质子的无机粒子制备复合膜, 增强其在高温条件下的保水性或(和)降低质子传导对水含量的依赖. 复合膜制备方法主要包括模板法和溶胶-凝胶法, 前者不改变PEM 的原有结构,后者无机粒子则参与复合膜结构的形成, 需要改善无机粒子和聚合物分子链间的相容性, 避免相界面间孔腔的生成。

通常使用的亲水的无机粒子包括纳米氧化铪(HfO2)和氧化钽、纳米二氧化硅(SiO2)和介孔SiO2、纳米二氧化钛(TiO2) 、介孔TiO2 和TiO2纳米管、氧化锆、水合氧化锌、沸石、和粘土等，小于5 nm 的固体粒子可以在分子水平上改变膜的结构; 而10 nm 左右的固体粒子则可以起到填充自由体积和稳定有机基体的作用。 固体粒子的形貌对复合膜的性能也有重要影响, 具有规则结构和孔通道的固体粒子比无规的固体粒子更有效地促进复合膜的水吸收, 改善复合膜的保水能力。对于固体粒子均匀分散的复合膜, 这些粒子在复合膜亲水通道内起到保水或提供额外质子迁移通道的作用, 使得复合膜质子传导率仅略有减小或增强。

160~180 ℃运行的HT-PEMFC 是燃料电池的未来发展方向之一, 此温度范围内使用的PEM 仍然以聚苯并咪唑(PBI)膜掺杂磷酸体系为主[98~103], 因为它们的HT-PEMFC 可以产生更高的功率密度, 如Kongstein 使用改进的电极和PBI/H3PO4 膜, 常压供气的H2/O2(干态)PEMFC 在175 ℃和0.4 V 条件下*大功率密度达到830 mW cm?2 [103], PBI/H3PO4 体系的研究现状已经被详细地综述[104, 105]. 研究人员在膜材料和掺杂介质等方面也做了新的探索。Li 等在PBI 中掺杂少量杂多酸盐(Cs2.5H0.5PMo12O40)后再吸收H3PO4, 其质子传导率在160 ℃和8.4% RH 下为0.15 S cm-1; 常压干态H2/O2供气的PEMFC*大功率密度150 ℃为700 mW cm?2, 比未掺杂Cs2.5H0.5PMo12O40 的PBI/H3PO4 膜提高近300 mW cm?2。

Kallitsis 合成了含吡啶基的聚芳醚, 掺杂H3PO4 后可以获得较好质子传导率; 用于干态H2/空气PEMFC中, 在180 ℃的性能与PBI/H3PO4 膜相当, 并且至少可稳定运行2000 h, 电压衰减速率为4 μV h-1 。Lin 等制备了含质子型离子液体的杂化膜, 160 ℃无水质子传导率为1×10-2 S cm-1, 不过经水洗后, 仅能保留约20 wt.%的离子液体, 160 ℃无水质子传导率下降为10-4 S cm-1 . 由于这些新体系的性能都要比PBI/H3PO4 体系的差[108, 109], H3PO4 依旧是用于160~180 ℃的PEM 必不可少的导质子介质, 故而H3PO4 随生成水流失的风险依然存在, 仍是亟待解决的一个问题。