質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）最早是在20世紀(jì)60年代由通用電氣(GE)公司為美國(guó)宇航局(NASA)開發(fā)的，與其他燃料電池相比，其優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，不使用流動(dòng)的、腐蝕性的電解質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

最初，由于電解質(zhì)膜穩(wěn)定性差，電池堆壽命很短。1964年，通用電氣公司開發(fā)了新型膜，用聚乙烯一雙乙烯基苯與氟碳基底交聯(lián)，使膜的壽命達(dá)到500h。通用電氣公司研制的1 kW PEMFC作為輔助電源，先后七次用于美國(guó)基米尼(Gemini)太空發(fā)射試驗(yàn)。

60年代中期，通用電氣公司試驗(yàn)杜邦(Du Pont)的Nafion膜，PEMFC的優(yōu)點(diǎn)又增加了長(zhǎng)壽命和低維護(hù)。1968年通用電氣公司打算將Nafion膜用于衛(wèi)星發(fā)射試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，美國(guó)宇航局已選擇AFC用于阿波羅( Apollo)計(jì)劃，這一選擇使PEMFC在太空中的應(yīng)用擱置了20年。

到1984年以前，除了美國(guó)洛斯阿拉莫斯(Los Ala-mos)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)的少量工作外，PEMFC的研究基本處于停滯狀態(tài)。1983年，加拿大國(guó)防部(DND)認(rèn)識(shí)到PEM FC可能滿足軍隊(duì)對(duì)能源的需求及商用前途。1984年，保拉德(Ballard )公司在加拿大國(guó)防部的資助下，開始研究開發(fā)PEM FC。其后，特別是進(jìn)人20世紀(jì)90年代以后，PEM-FC快速發(fā)展。戴姆勒一奔馳(Daimler-Benz)汽車公司到一998年已研制了四代PEMFC動(dòng)力汽車。

豐田于1997年推出了全燃料電池動(dòng)力FCEV汽車，2001年曰月，推出第五代FCHV燃料電池汽車。PEM FC電站功率已達(dá)到250kWa 。2002年5月，通用公司展示了號(hào)稱世界上第一臺(tái)“以汽油制氫的燃料電池汽車”，型號(hào)為ChevroletS-10，在2008——2010年ChevroletS-10投放市場(chǎng)。
PEMFC在便攜式電源、微型電器電源、潛艇電源等方面的開發(fā)和應(yīng)用也十分活躍。