导读：捷氢科技发布了全新的M4电堆平台，实现了电堆功率向200kW级以上的跨越。同步推出的燃料电池电堆M4H，峰值体积功率密度5.1 kW/L，寿命达15000h。膜电极是燃料电池电堆的核心部件，是化学能转化成电能的反应场所，也是电堆中成本占比最高的零部件（60%以上），很大程度上决定了燃料电池电堆的性能、寿命和成本。
捷氢科技同时具备膜电极、电堆、系统设计开发及批量制造能力。膜电极的自主设计开发能力，有力地支持了电堆和系统产品的快速迭代开发。而膜电极量产工艺开发能力和批量制造能力，有效地保障了膜电极稳定供应和持续降本。目前，捷氢科技园区已实现膜电极规模化量产和批量装堆交付，加速捷氢科技在氢燃料电池领域产业布局。
一、膜电极在性能上有哪些亮点？是如何优化的？
捷氢科技通过建立膜电极关键原材料、特征结构与膜电极性能之间构效关系的仿真工具和分析能力，开展膜电极性能设计和优化。基于完善的测试表征体系，实现包括关键材料测试评估、结构特征参数表征、膜电极测试表征等过程的膜电极性能开发的反馈。
图1：MEA关键表征技术
捷氢科技高功率燃料电池系统P4H采用高集成度的无外增湿方案，依靠燃料电池电堆M4H和系统自增湿设计，充分利用阴极侧氧还原反应生成水，通过阳极氢循环的方式（如图2所示）使水沿着氢气循环路流动，基于超薄质子交换膜优异的水反扩散能力和电迁移过程，实现对阴极入口干空气的加湿，达成膜电极内部的水平衡。
图2：MEA内部水循环过程
在车用工况下，高功率运行的电堆冷却液温度高达95℃，对膜电极提出了极高的耐受要求。展开了针对应用环境系统性设计，包括耐低湿的材料体系选型、膜电极结构设计、高传质能力催化层开发，实现了在高载荷区的高性能输出，膜电极的峰值功率密度达到了1.3W/cm2。
图3：MEA性能数据
二、膜电极的耐久性如何保证？有哪些方法？
捷氢科技建立了材料、单电池、短堆、系统等多维度的耐久性评估体系，基于车用工况条件，推动材料选型、失效机理探究、耐久性开发验证等工作。同时结合捷氢科技开发的耐久性模型工具，可助力膜电极耐久性设计优化与预测寿命。基于以上技术方法，围绕材料的选型与耐久设计、低损性制造技术应用、稳定性控制策略的三个方面，提升整体膜电极的寿命。
以质子交换膜为例：为抵抗阴极从不增湿到高电密产水而产生的大幅度干湿交变的苛刻环境，膜电极选用高机械稳定性的质子交换膜保证膜长期稳定性；辅助膜电极内部增强自由基淬灭技术，提升膜电极应对长期化学稳定性的能力。围绕超薄的质子交换膜应用挑战，捷氢科技选用低损性双面直接涂技术制备CCM；优化封装工序设计，减少高温、高压条件出现来降低工序对膜产生潜在损伤的风险。基于质子交换膜稳定性影响控制因素、边界条件，系统性设计运行控制策略，保障电堆运行的条件长期控制在材料的稳定运行区间内，抑制膜的衰减速度。
图4：MEA耐久性模型技术
三、实现膜电极量产后，一致性如何？怎么去保证？
膜电极以Roll to Roll生产方式为主制造流贯穿整条产线，匹配高精度制造的控制、检测技术，保障了批量产品的一致性。关键工序CCM的制备采用高精密计量Slot-die双面直接涂布技术，提升材料利用率和生产效率；通过铂载量和涂布尺寸的精度控制，有效保障铂载量和活性面积的一致性；同步匹配高稳定性、高量产和高适配窗口的浆料配方技术，保障了高速制造下的产品品质。
膜电极封装工序依据结构尺寸公差要求、产能节拍、Roll to Roll制造流需求，设计了柔性走带与符合精度控制技术，结合产线适应性材料匹配开发，实现各工序中材料之间、材料与工艺之间的适配性，在高线速度和高对位精度要求下，成功解决了柔性材料变形与对位难题。辅助100%的产品缺陷、气密检测，保障了膜电极批量产品质量。精益制造的实施为捷氢科技电堆产品在车用工况条件下的高一致性、可靠性提供了坚实基础。
图5：电堆中双节巡检性能及一致性数据
捷氢科技已实现电堆（包括双极板和膜电极）、系统零部件的全面国产化，并将持续推进膜电极核心材料质子交换膜、催化剂和气体扩散层的国产化技术攻关。同时，捷氢科技秉持开放、合作、共赢的态度，推进“产学研”融合，在关键技术、材料开发和应用方面开展多种形式的国内外合作，通过与合作伙伴进一步协同创新，共同推动氢能产业健康发展，助力双碳目标的落地和实现。
来源：汽车燃料电池之家
