质子交换膜燃料电池由于具有能量转化效率高、环境友好以及可在室温下快速启动、工作状态下无电解液流出等突出特点,发展前景非常广阔,尤其是作为电动汽车的动力源,但作为汽车动力源,耐久性欠佳始终是重要研究方向。不管是瞬时动态响应的问题还是在高电流密度放电问题,都会严重影响电池的性能和寿命,这均与阴极氧气传质的速度过慢有关。为缓解氧传质问题,本文将从以下几方面入手。首先用沉淀法和水热法制备了纳米级的储氧材料CeO₂,并通过TG-DTA、SEM、XRD和TEM等表征方法确定了最佳工艺参数。沉淀法的最佳工艺参数为:硝酸铈的浓度0.3 mol/L,氨水浓度为1 mol/L,在500°C焙烧2 h;水热法的最佳工艺参数为:1 g硝酸铈、10 ml去离子水、20 ml乙二醇以及1 ml的冰醋酸、0.8 g PVP,混合均匀后在高压反应釜中进行22 h、180°C的水热反应,反应前驱体500°C焙烧2 h。CV测试说明纳米CeO₂的存在可以显著的提升储放氧能力,且水热法制备的纳米空心球CeO₂效果更佳。对传统扩散层和改性扩散层进行SEM、EDX和BET测试,表明CeO₂成功添加进扩散层中;接触角和接触电阻结果表明,CeO₂不会过度影响扩散层的亲/疏水性和导电性,其中水热法制备的CeO₂对导电性的影响更小。为了深度研究CeO₂对氧传质性能的影响,对单电池进行了极化曲线、交流阻抗和响应测试,结果表明添加CeO₂会明显降低传质极化现象以及电池的反应内阻;提升动态响应速度,水热法制备CeO₂的影响效果更加显著。电池性能相比提高了10%以及加载时电压的下降幅度从30.16%降低到12.74%,响应时间缩短了59.30%,稳定电压提升了7.29%。