AGFA质子交换膜处在膜电极最中心的位置，作为质子传递载体将阳极催化层产生的质子转移至阴极催化层，与氧气反应生成水。同时，质子交换膜作为物理屏障将阳极燃料与阴极燃料分开，避免二者直接接触。此外，质子交换膜不导通电子，迫使电子通过外电路传导，达到对外提供能量的目的。
AGFA质子交换膜的结构特点：
1、分子结构
在众多质子交换膜中，全氟磺酸质子交换膜(PFSA膜)因为出色的电导率及优异的稳定性，是目前最主流的质子交换膜。它是以全氟磺酸树脂为骨架，含磺酸根的全氟乙烯基醚为支链的全氟磺酸聚合物。代表产品有杜邦公司的Nafion膜，还有dow膜，3M膜及Aciplex膜等，主要区别在于侧链的长短不同。
PFSA膜的碳氟C-F键键能高(485kJ/mol，比C-C键和C-H键都高)、键长短，不容易断裂，所以稳定性好。其次，氟原子可以通过分子链的旋转折叠等形式覆盖在C-C键周围，对C-C键起到保护作用，提高了PFSA膜的化学稳定性和热稳定性。
2、微观结构
在PFSA膜中，磺酸根具有较强的亲水性，而碳氟高分子骨架具有较强疏水性，两者强烈的反差会使得膜在遇到水时发生微相分离：亲水的磺酸基团与水分子结合，相互聚集形成朝里的亲水相；疏水的碳氟骨架则朝外形成憎水相。亲水相内水分子形成了水通道，为质子传导提供了传输路径；憎水相则为膜提供了必要的机械强度及化学稳定性。
