日本山梨大學、早稻田大學及信州大學共同開發了一項可大幅提升固體高分子型燃料電池(PEFC)性能與耐久性的「質子導電性電解質膜」。此高分子複合膜不含氟元素，因此不受全氟/多氟烷基物質(PFAS)法規限制影響。
以質子導電性高分子作為電解質膜的PEFC已廣泛商品化應用於電動車與家用分散式電源系統，然而既有由含氟高分子電解質與多孔基材構成的複合膜材料長期存在材料成本高、氣體阻隔性不足，以及高氟含量帶來環境與法規風險等問題。雖然目前已開發出不含氟的高分子電解質膜，但與含氟系電解質相比，其質子導電率與化學穩定性仍明顯偏低。
此次研究團隊將焦點著重於質子導電性結構、化學穩定性結構及機械穩定性所需之脂肪族基結構等要素。具體設計上，開發出由含磺酸基之伸苯基(Phenylene Group)、由5個苯環連結構成之五聯苯基(Quinquephenylene Group)、提供柔韌性與機械穩定性的脂肪族基等組成之高分子電解質，並將該高分子電解質與多孔性聚乙烯(PE)基材結合，製成高分子複合型電解質膜。
在實驗過程中，研究團隊透過改變各組成之成分比例與脂肪族基鏈長，合成多種高分子電解質，並系統性分析其對電解質物性之影響。結果顯示，高分子電解質的物理化學性質不僅受組成比例影響，也高度依賴脂肪族基的鏈長結構。
例如當疏水區中碳數12的十二烷基(Dodecyl Group)含量達67 mol%時，可形成高分子量聚合物（重量平均分子量Mw = 141,500），並具備良好的低級醇類（如乙醇）溶解性。將高分子電解質與膜厚7 µm、孔隙率44%的聚乙烯多孔基材結合後，可形成高分子電解質均勻浸潤分布的複合電解質膜。
此複合膜在80℃~120℃溫度範圍內展現出0.3 S/cm~0.7 S/cm的高質子導電率；在80℃、60%相對濕度(RH)條件下，斷裂伸長率超過300%，顯示出優異的延展性與機械柔韌性。
研究團隊進一步在複合電解質膜兩側塗佈電極觸媒層，組裝燃料電池單元進行性能測試。結果顯示，氫氣透過率僅為含氟系電解質複合膜的約4分之1，具有優異的氣體阻隔性能。另在120℃、30% RH低濕環境下，發電功率密度超過150 mW/cm²。此外，在乾濕循環加速劣化試驗中，耐久性超過10萬循環次數，展現出極高穩定性。
此次實驗採用電極面積4.41 cm²的小型燃料電池單元，今後朝向實用化，研究團隊將進一步展開大面積電池單元性能驗證、多電池堆疊(Stack)狀態下的系統特性評估，並投入於利用低成本錯合物材料之複合膜合成技術的開發。