燃料电池被广泛认为是实现气候中和能源供应的重要技术路径。其中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）尤为关键，它能够高效地将氢气转化为电能，在交通运输和固定式能源系统中都具有巨大应用潜力。

在PEMFC内部，一层极薄的聚合物质子交换膜起着核心作用：它只允许质子通过，而电子被迫经由外部电路流动，从而产生电流。这层膜的性质在很大程度上决定了燃料电池的整体性能、效率以及使用寿命。

然而，在真实运行的燃料电池系统中，多个物理与化学过程相互交织，长期以来很难将膜本身对性能的具体影响单独分离出来。为解决这一问题，杜伊斯堡-埃森大学（UDE）颗粒技术教席（Doris Segets 教授）Fatih Özcan 博士领导的团队，与UDE及ZBT的其他研究人员合作，提出了一种新的研究方法。

他们并未直接研究完整的燃料电池，而是将实验对象简化为测试装置中的阴极部分，从而在结构上大幅降低复杂度。这种设计使得膜的影响能够被更清晰、独立地识别和分析。

在实验中，研究团队系统考察了多种不同厚度和不同化学组成的质子交换膜，并设置了一个完全不含膜的参考系统作为对照。借助电化学测量技术，他们首次能够将性能损失的不同来源——包括欧姆电阻、反应动力学限制以及质量传输阻碍——加以区分和定量分析。相关成果已发表在期刊《Energy Advances》上。

“我们的结果表明，膜会为系统引入额外的电阻，并对整体性能产生显著影响。”博士研究生、论文第一作者朱雅文指出，“但出乎意料的是，这些额外电阻的大部分并不是由膜本身的厚度造成的，而是与膜的存在这一事实本身有关——更准确地说，是由膜与电极之间的接触界面引起的。”

研究进一步发现，膜厚度主要影响的是电化学反应的速率：膜越厚，质子传导路径越长，反应过程越缓慢。而与质量传输相关的损失，则更多取决于膜材料的化学结构和组成。

“我们的研究显示，膜远非一个简单的被动元件。”本研究的资深作者 Fatih Özcan 博士总结道，“通过深入理解膜及其与电极界面的作用机制，我们可以获得开发更高效、更耐久燃料电池的重要线索，为未来燃料电池技术的优化设计提供新的思路。”