质子交换膜燃料电池是一种将燃料的内能转化为电能的装置,具有能量转化效率高、环境友好、室温启动、体积小等特点,在电动车、潜艇、各种可移动电源等方面具有广阔的应用前景。目前PEMFC的关键技术已基本成熟,部分产品已经投入市场,但主要问题是成本过高、催化剂有效利用率低、耐久性不足等,从而限制了PEMFC的大规模商业化。因此,寻求具有抗中毒能力的新型阳极催化剂材料,提高Pt的利用率、降低成本,研制高性能的膜电极组件具有十分重要的现实意义。碳化钨价格低廉,来源广泛,具有良好的物理性质和电化学性质,抗CO中毒能力强,具有类铂性,是一种理想的代铂催化剂。制备具有高活性的WC催化剂来代替稀少、昂贵的金属Pt,对于PEMFC的商业化发展具有十分重要的现实意义和商业价值。本文尝试以WC催化剂制备膜电极,并将其应用于直接甲醇燃料电池,测试其在单电池上的性能,进一步推动燃料电池的商业化应用。本文首先以商用Pt/C作为催化剂,主要从热压工艺、活化工艺两方面对膜电极组件进行深入研究,探讨并优化了膜电极的制备工艺。实验表明,热压温度,压力和热压时间等工艺条件对膜的性能有较大影响。同时发现活化工艺能有效改善膜电极催化层的均匀分布,提高电池性能,甲醇水溶液活化的效果要优于小电流活化,活化温度和时间对于电池性能也有较大的影响。为制备得到均匀分布的催化层,我们选用超声喷涂法替代传统的喷笔喷涂法以及手动毛刷刷涂法,从喷涂高度、流量和气压等对超声喷涂法的工艺作了优化,并与传统的喷笔喷涂法以及手动毛刷刷涂法进行了对比,实验结果表明,超声喷涂法制备得到的催化层分布最为均匀,重现性更好,利用率较高。测试结果表明超声喷涂法制备得到的膜电极电催化性能优良。论文同时探讨了Nafion含量和Pt载量对膜电极催化层性能的影响。最后,结合本实验室在甲醇燃料电池阳极低载铂、代铂催化剂领域前期的研究积累,我们选取了三种电催化性能优良、成本较为低廉且能小批量制备的催化剂,控制条件制备得到了WC、介孔碳作载体的WC/C、石墨烯作载体的WC/rGO材料,探讨了三种材料在结构和性能上的特点。在三种材料上负载少量铂,研究了三种催化剂对甲醇的电催化作用,并将其组装成单体电池,考察了单体电池的性能。