高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）是一种很有前途的能源设备，具有反应动力学快（高能效），对燃料/空气杂质的耐受性高，平板设计简单以及更好的热和水管理的优点。他们被期望成为下一代PEMFCs，专门用于氢燃料汽车和热电联产（CHP）系统。然而，电催化剂、膜等关键材料在高温操作下的性能不足，导致其成本高、耐久性低，仍然是阻碍该技术实际应用的挑战。为了开发高性能的HT-PEMFC，世界各地的研究人员一直在致力于通过开发新颖的合成方法和创新的组装技术，了解降解机理以及制定缓解策略（特别是用于氧还原反应的催化剂，质子交换膜和双极板）来探索新材料和相关技术。
有鉴于此，英属哥伦比亚大学张久俊教授、中山大学宋树芹教授、上海交通大学原鲜霞教授等人，全面回顾了HT-PEMFC关键材料、组件和设备组装的最新发展，以及降解机制、缓解策略和基于HT-PEMFC的CHP系统。为了促进HT-PEMFCs在实际应用中的进一步研究和发展，本文还讨论了目前存在的挑战，并提出了未来的几个研究方向。
本文要点
1）HT-PEMFC的商业化和大规模应用需要耐用且经济的催化剂和PEM，以及精心设计的气体扩散层和耐腐蚀双极板。总体而言，可通过结构工程和更好地分散催化剂颗粒以及开发抗腐蚀载体来提高催化剂性能，但是由于催化剂的存在，对于基于PGM的催化剂和不含PGM的催化剂，活性，耐久性和载量仍然具有挑战性，在高温下长期运行时易分层和降解。通过将Pt金属与其他金属合金化并适当改变碳载体，可以在一定程度上解决与PGM基催化剂相关的问题，尤其是碳掺杂和聚合物包裹可以显着提高性能和耐久性。采用无粘结剂阴极设计，获得了0.1 mg cm2的超低Pt负载，并取得了满意的性能，但长期耐久性需要进一步提高。
2）与PGM基催化剂相比，由于PGM金属的稀缺性和高价格，无PGM催化剂备受关注，近年来取得了一些有前景的进展。但是，HT-PEMFC无PGM催化剂的应用尚处于起步阶段，高温降解机理的根本原因仍然未知，阻碍了其发展。因此，未来HT-PEMFCs催化剂的研究方向是:(1)开发具有高内在活性的催化剂，然后通过结构工程优化其性能。应特别关注不含PGM的催化剂，以充分理解旨在用它们替代基于PGM的催化剂的机制；(2)重点研究稳定性优异的新型非碳载体，了解其降解情况，优化合成、结构、形态和电导率;(3)对催化剂层结构进行专门设计、比较研究和优化，实现高效的三相边界、合适的亲水性/疏水性、降低催化剂负载量，最终提高HT-PEMFC性能。
3）基于HT-PEMFC的CHP系统在许多应用领域都很有吸引力，其中重整气体因其良好的安全性和低成本而成为首选燃料。但重整气中存在的杂质可能会对组分造成损坏，降低性能。与重整气相比，氢气作为燃料具有更好的性能，但其大规模生产、储存、运输和配送仍存在局限性。通过水电解槽现场生产氢气可能是CHP系统固定应用的一种可能的解决方案。低杂质重整气是促进HT-PEMFC热电联产系统发展的另一个方向。
参考文献：
Rizwan Haider et al. High temperature proton exchange membrane fuel cells: progress in advanced materials and key technologies. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00296H
https://doi.org/10.1039/D0CS00296H
