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使用传导质子（H1)的间体聚合物作为电解质的燃料电池。有时被称为聚合物电解质燃料电池或同体聚合物燃料电池。最常用的间体聚合物电解质为全氟的磺酸聚合物。相对于其他类型的燃料电池，质子交换膜燃料电池工作温度最低，所以有时也被称为低温燃料电池。质子交换膜燃料电池输出功率在几瓦到几十千瓦，可以在室温瞬间启动，且庐停对其性能衰减的影响远小于其他温度比较高的燃料电池，因此，这类燃料电池是备用电源、便携式电源和车用动力电源的最佳选择。这类燃料电池一般要使用贵金属作为阳极和阴极的催化剂。由于这类燃料电池的工作温度较低，电极中催化剂很容易受含硫化合物和一氧化碳的毒化。在有CO存在的情况下，阳极应该用抗中毒能力较强的催化剂，如Pt、Ru合金。